死鎖的概念

在多線程編程中，我們為了防止多線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，這些次線程會一直相互等待，就沒法繼續運行，這種情況就是發生了死鎖。

死鎖必須同時滿足以下四個條件才會發生：

• 互斥條件
• 持有并等待條件
• 不可剝奪條件
• 環路等待條件

互斥條件

互斥條件式指多個線程不能同時使用同一個資源。

eg：如果線程A已經持有的資源，不能同時被線程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，但是線程 A 在等待資源 2 的同時并不會釋放在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。

環路等待條件

環路等待條件是指，在死鎖發生的時候，兩個線程獲取資源的順序構成了環形鏈。

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模擬死鎖問題的產生

用代碼來模擬死鎖問題的產生。

首先，我們創建 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：

pthread_mutex_t mutex_A = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_t mutex_B = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;int main()
{pthread_t tidA, tidB;//創建兩個線程pthread_create(&tidA, NULL, threadA_proc, NULL);pthread_create(&tidB, NULL, threadB_proc, NULL);pthread_join(tidA, NULL);pthread_join(tidB, NULL);printf("exit\n");return 0;
}

線程A函數：

//線程函數 A
void *threadA_proc(void *data)
{printf("thread A waiting get ResourceA \n");pthread_mutex_lock(&mutex_A);printf("thread A got ResourceA \n");sleep(1);printf("thread A waiting get ResourceB \n");pthread_mutex_lock(&mutex_B);printf("thread A got ResourceB \n");pthread_mutex_unlock(&mutex_B);pthread_mutex_unlock(&mutex_A);return (void *)0;
}

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

//線程函數 B
void *threadB_proc(void *data)
{printf("thread B waiting get ResourceB \n");pthread_mutex_lock(&mutex_B);printf("thread B got ResourceB \n");sleep(1);printf("thread B waiting  get ResourceA \n");pthread_mutex_lock(&mutex_A);printf("thread B got ResourceA \n");pthread_mutex_unlock(&mutex_A);pthread_mutex_unlock(&mutex_B);return (void *)0;
}

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

然后運行這個程序。結果如下：

thread B waiting get ResourceB 
thread B got ResourceB 
thread A waiting get ResourceA 
thread A got ResourceA 
thread B waiting get ResourceA 
thread A waiting get ResourceB 
// 阻塞中。

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 -> 產生了死鎖。

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避免死鎖問題的發生

前面說到，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、環路等待條件。

那么避免死鎖問題就只需要破壞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，來破壞環路等待條件。

資源有序分配法：

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。

所以我們只需要將線程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：

//線程 B 函數，同線程 A 一樣，先獲取互斥鎖 A，然后獲取互斥鎖 B
void *threadB_proc(void *data)
{printf("thread B waiting get ResourceA \n");pthread_mutex_lock(&mutex_A);printf("thread B got ResourceA \n");sleep(1);printf("thread B waiting  get ResourceB \n");pthread_mutex_lock(&mutex_B);printf("thread B got ResourceB \n");pthread_mutex_unlock(&mutex_B);pthread_mutex_unlock(&mutex_A);return (void *)0;
}

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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、環路等待這四個條件的時候才會發生。

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路等待條件。