咋辦，死鎖了
在面試過程中，死鎖也是高頻的考點，因為如果線上環(huán)境真多發(fā)生了死鎖，那真的出大事了。
這次，我們就來系統(tǒng)地聊聊死鎖的問題。
死鎖的概念；
模擬死鎖問題的產生；
利用工具排查死鎖問題；
避免死鎖問題的發(fā)生；
死鎖的概念
在多線程編程中，我們?yōu)榱朔乐苟嗑€程競爭共享資源而導致數據錯亂，都會在操作共享資源之前加上互斥鎖，只有成功獲得到鎖的線程，才能操作共享資源，獲取不到鎖的線程就只能等待，直到鎖被釋放。
那么，當兩個線程為了保護兩個不同的共享資源而使用了兩個互斥鎖，那么這兩個互斥鎖應用不當的時候，可能會造成兩個線程都在等待對方釋放鎖，在沒有外力的作用下，這些線程會一直相互等待，就沒辦法繼續(xù)運行，這種情況就是發(fā)生了死鎖。
舉個例子，小林拿了小美房間的鑰匙，而小林在自己的房間里，小美拿了小林房間的鑰匙，而小美也在自己的房間里。如果小林要從自己的房間里出去，必須拿到小美手中的鑰匙，但是小美要出去，又必須拿到小林手中的鑰匙，這就形成了死鎖。
死鎖只有同時滿足以下四個條件才會發(fā)生：
互斥條件；
持有并等待條件；
不可剝奪條件；
環(huán)路等待條件；
互斥條件
互斥條件是指多個線程不能同時使用同一個資源。
比如下圖，如果線程 A 已經持有的資源，不能再同時被線程 B 持有，如果線程 B 請求獲取線程 A 已經占用的資源，那線程 B 只能等待，直到線程 A 釋放了資源。
持有并等待條件
持有并等待條件是指，當線程 A 已經持有了資源 1，又想申請資源 2，而資源 2 已經被線程 C 持有了，所以線程 A 就會處于等待狀態(tài)，但是線程 A 在等待資源 2 的同時并不會釋放自己已經持有的資源 1。
不可剝奪條件
不可剝奪條件是指，當線程已經持有了資源 ，在自己使用完之前不能被其他線程獲取，線程 B 如果也想使用此資源，則只能在線程 A 使用完并釋放后才能獲取。
環(huán)路等待條件
環(huán)路等待條件指都是，在死鎖發(fā)生的時候，兩個線程獲取資源的順序構成了環(huán)形鏈。
比如，線程 A 已經持有資源 2，而想請求資源 1， 線程 B 已經獲取了資源 1，而想請求資源 2，這就形成資源請求等待的環(huán)形圖。
模擬死鎖問題的產生
Talk is cheap. Show me the code.
下面，我們用代碼來模擬死鎖問題的產生。
首先，我們先創(chuàng)建 2 個線程，分別為線程 A 和 線程 B，然后有兩個互斥鎖，分別是 mutex_A 和 mutex_B，代碼如下：
接下來，我們看下線程 A 函數做了什么。
可以看到，線程 A 函數的過程：
先獲取互斥鎖 A，然后睡眠 1 秒；
再獲取互斥鎖 B，然后釋放互斥鎖 B；
最后釋放互斥鎖 A；
然后，我們看看線程 B。
可以看到，線程 B 函數的過程：
先獲取互斥鎖 B，然后睡眠 1 秒；
再獲取互斥鎖 A，然后釋放互斥鎖 A；
最后釋放互斥鎖 B；
然后，我們運行這個程序，運行結果如下：
可以看到線程 B 在等待互斥鎖 A 的釋放，線程 A 在等待互斥鎖 B 的釋放，雙方都在等待對方資源的釋放，很明顯，產生了死鎖問題。
利用工具排查死鎖問題
如果你想排查你的 Java 程序是否死鎖，則可以使用 jstack 工具，它是 jdk 自帶的線程堆棧分析工具。
由于小林的死鎖代碼例子是 C 寫的，在 Linux 下，我們可以使用 pstack + gdb 工具來定位死鎖問題。
pstack 命令可以顯示每個線程的棧跟蹤信息（函數調用過程），它的使用方式也很簡單，只需要 pstack <pid> 就可以了。
那么，在定位死鎖問題時，我們可以多次執(zhí)行 pstack 命令查看線程的函數調用過程，多次對比結果，確認哪幾個線程一直沒有變化，且是因為在等待鎖，那么大概率是由于死鎖問題導致的。
我用 pstack 輸出了我前面模擬死鎖問題的進程的所有線程的情況，我多次執(zhí)行命令后，其結果都一樣，如下：
可以看到，Thread 2 和 Thread 3 一直阻塞獲取鎖（pthread_mutex_lock）的過程，而且 pstack 多次輸出信息都沒有變化，那么可能大概率發(fā)生了死鎖。
但是，還不能夠確認這兩個線程是在互相等待對方的鎖的釋放，因為我們看不到它們是等在哪個鎖對象，于是我們可以使用 gdb 工具進一步確認。
整個 gdb 調試過程，如下：
我來解釋下，上面的調試過程：
通過
info thread打印了所有的線程信息，可以看到有 3 個線程，一個是主線程（LWP 87746），另外兩個都是我們自己創(chuàng)建的線程（LWP 87747 和 87748）；通過
thread 2，將切換到第 2 個線程（LWP 87748）；通過
bt，打印線程的調用棧信息，可以看到有 threadB_proc 函數，說明這個是線程 B 函數，也就說 LWP 87748 是線程 B;通過
frame 3，打印調用棧中的第三個幀的信息，可以看到線程 B 函數，在獲取互斥鎖 A 的時候阻塞了；通過
p mutex_A，打印互斥鎖 A 對象信息，可以看到它被 LWP 為 87747（線程 A） 的線程持有著；通過
p mutex_B，打印互斥鎖 A 對象信息，可以看到他被 LWP 為 87748 （線程 B） 的線程持有著；
因為線程 B 在等待線程 A 所持有的 mutex_A, 而同時線程 A 又在等待線程 B 所擁有的mutex_B, 所以可以斷定該程序發(fā)生了死鎖。
避免死鎖問題的發(fā)生
前面我們提到，產生死鎖的四個必要條件是：互斥條件、持有并等待條件、不可剝奪條件、環(huán)路等待條件。
那么避免死鎖問題就只需要破環(huán)其中一個條件就可以，最常見的并且可行的就是使用資源有序分配法，來破環(huán)環(huán)路等待條件。
那什么是資源有序分配法呢？
線程 A 和 線程 B 獲取資源的順序要一樣，當線程 A 是先嘗試獲取資源 A，然后嘗試獲取資源 B 的時候，線程 B 同樣也是先嘗試獲取資源 A，然后嘗試獲取資源 B。也就是說，線程 A 和 線程 B 總是以相同的順序申請自己想要的資源。
我們使用資源有序分配法的方式來修改前面發(fā)生死鎖的代碼，我們可以不改動線程 A 的代碼。
我們先要清楚線程 A 獲取資源的順序，它是先獲取互斥鎖 A，然后獲取互斥鎖 B。
所以我們只需將線程 B 改成以相同順序的獲取資源，就可以打破死鎖了。
線程 B 函數改進后的代碼如下：
執(zhí)行結果如下，可以看，沒有發(fā)生死鎖。
總結
簡單來說，死鎖問題的產生是由兩個或者以上線程并行執(zhí)行的時候，爭奪資源而互相等待造成的。
死鎖只有同時滿足互斥、持有并等待、不可剝奪、環(huán)路等待這四個條件的時候才會發(fā)生。
所以要避免死鎖問題，就是要破壞其中一個條件即可，最常用的方法就是使用資源有序分配法來破壞環(huán)路等待條件。
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