-图 a 的第二列 Has 表示已拥有的资源数,第三列 Max 表示总共需要的资源数,Free 表示还有可以使用的资源数。从图 a 开始出发,先让 B 拥有所需的所有资源(图 b),运行结束后释放 B,此时 Free 变为 5(图 c);接着以同样的方式运行 C 和 A,使得所有进程都能成功运行,因此可以称图 a 所示的状态时安全的。
+图中条形的长度表示进程总共需要的资源数(Max),浅蓝部分表示已拥有的资源数(Has),Free 表示还可以使用的资源数。从图 a 开始出发,先让 B 拥有所需的所有资源,运行结束后释放 B,此时 Free 变为 6(图 b);接着以同样的方式运行 A 和 C,使得所有进程都能成功运行,因此可以称图 a 所示的状态是安全的。
定义:如果没有死锁发生,并且即使所有进程突然请求对资源的最大需求,也仍然存在某种调度次序能够使得每一个进程运行完毕,则称该状态是安全的。
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一个小城镇的银行家,他向一群客户分别承诺了一定的贷款额度,算法要做的是判断对请求的满足是否会进入不安全状态,如果是,就拒绝请求;否则予以分配。
-
+
-上图 c 为不安全状态,因此算法会拒绝之前的请求,从而避免进入图 c 中的状态。
+上图 b 为不安全状态,因此算法会拒绝 C 的这次申请,从而避免进入图 b 中的状态;图 c 仍然是安全的,可以分配。
### 3. 多个资源的银行家算法
-
+
-上图中有五个进程,四个资源。左边的图表示已经分配的资源,右边的图表示还需要分配的资源。最右边的 E、P 以及 A 分别表示:总资源、已分配资源以及可用资源,注意这三个为向量,而不是具体数值,例如 A=(1020),表示 4 个资源分别还剩下 1/0/2/0。
+上图中有四个进程,三种资源。Allocation 表示已经分配的资源,Need 表示还需要分配的资源。E 和 Available 分别表示总资源和可用资源,它们都是向量,而不是具体数值,例如 Available = (1 1 2) 表示 3 种资源分别还剩下 1、1、2 个。
检查一个状态是否安全的算法如下:
-- 查找右边的矩阵是否存在一行小于等于向量 A。如果不存在这样的行,那么系统将会发生死锁,状态是不安全的。
-- 假若找到这样一行,将该进程标记为终止,并将其已分配资源加到 A 中。
+- 查找 Need 矩阵中是否存在一行小于等于向量 Available。如果不存在这样的行,那么系统将会发生死锁,状态是不安全的。
+- 假若找到这样一行,将该进程标记为终止,并将其已分配资源加到 Available 中。
- 重复以上两步,直到所有进程都标记为终止,则状态是安全的。
如果一个状态不是安全的,需要拒绝进入这个状态。
+
+## 程序中的死锁
+
+### 1. Java 线程死锁
+
+两个线程反向转账时,T1 锁住 alice 再请求 bob,T2 锁住 bob 再请求 alice,就是开头图中的情况:
+
+```java
+static void transfer(Account from, Account to, int amount) {
+ synchronized (from) {
+ synchronized (to) {
+ from.balance -= amount;
+ to.balance += amount;
+ }
+ }
+}
+```
+
+用 jstack 查看进程的线程栈,末尾会直接报告死锁(省略了部分内容):
+
+```text
+Found one Java-level deadlock:
+=============================
+"T1":
+ waiting to lock monitor 0x0000000135f26a70 (object 0x000000061fc14e18, a Transfer$Account),
+ which is held by "T2"
+
+"T2":
+ waiting to lock monitor 0x0000000125f06e60 (object 0x000000061fc14dd0, a Transfer$Account),
+ which is held by "T1"
+```
+
+解决方法是破坏环路等待:所有线程按同一个顺序加锁,例如总是先锁 id 小的账户。
+
+```java
+Account first = from.id < to.id ? from : to;
+Account second = from.id < to.id ? to : from;
+synchronized (first) {
+ synchronized (second) {
+ from.balance -= amount;
+ to.balance += amount;
+ }
+}
+```
+
+两个线程各反向转账 10 万次,原来的写法每次运行都会卡住,按 id 顺序加锁后都能完成,两个账户的余额仍为 1000。使用 ReentrantLock 时还可以用 tryLock 设置超时,拿不到锁就释放已持有的锁再重试,破坏的是占有和等待条件。
+
+### 2. MySQL 死锁
+
+事务按不同的顺序更新同一组行时也会死锁。例如两个事务同时反向转账,事务 1 先更新 id = 1,事务 2 先更新 id = 2,之后各自更新对方已经锁住的行:
+
+```sql
+-- 事务 1
+BEGIN;
+UPDATE account SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
+UPDATE account SET balance = balance + 100 WHERE id = 2; -- 等待事务 2 释放 id = 2 的行锁
+
+-- 事务 2
+BEGIN;
+UPDATE account SET balance = balance - 50 WHERE id = 2;
+UPDATE account SET balance = balance + 50 WHERE id = 1;
+-- ERROR 1213 (40001): Deadlock found when trying to get lock; try restarting transaction
+```
+
+InnoDB 默认开启死锁检测,发现环后立即回滚其中一个事务(倾向于回滚修改行数少的事务),另一个事务继续执行。上例中事务 2 被回滚,事务 1 提交后余额为 900 和 1100。执行 SHOW ENGINE INNODB STATUS,在 LATEST DETECTED DEADLOCK 一节中可以看到两个事务各自持有和等待的锁。被回滚的事务需要由应用重试。
+
+减少数据库死锁的方法:
+
+- 按相同的顺序访问行,例如转账时先更新 id 小的账户;
+- 事务尽量短,不在事务中调用外部接口或等待用户操作;
+- 为更新的条件列建立索引,避免扫描时锁住过多的行。
+
+## 参考资料
+
+- Tanenbaum A S, Bos H. Modern Operating Systems [M]. Pearson, 2014.
+- [Deadlocks in InnoDB | MySQL 8.0 Reference Manual](https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/innodb-deadlocks.html)
diff --git a/tools/diagram/src/deadlock-banker-multi.svg b/tools/diagram/src/deadlock-banker-multi.svg
new file mode 100644
index 00000000..a02a7961
--- /dev/null
+++ b/tools/diagram/src/deadlock-banker-multi.svg
@@ -0,0 +1,121 @@
+
diff --git a/tools/diagram/src/deadlock-banker-single.svg b/tools/diagram/src/deadlock-banker-single.svg
new file mode 100644
index 00000000..eac2d55f
--- /dev/null
+++ b/tools/diagram/src/deadlock-banker-single.svg
@@ -0,0 +1,84 @@
+
diff --git a/tools/diagram/src/deadlock-detect-graph.svg b/tools/diagram/src/deadlock-detect-graph.svg
new file mode 100644
index 00000000..23a2c346
--- /dev/null
+++ b/tools/diagram/src/deadlock-detect-graph.svg
@@ -0,0 +1,60 @@
+
diff --git a/tools/diagram/src/deadlock-detect-matrix.svg b/tools/diagram/src/deadlock-detect-matrix.svg
new file mode 100644
index 00000000..29a49793
--- /dev/null
+++ b/tools/diagram/src/deadlock-detect-matrix.svg
@@ -0,0 +1,105 @@
+
diff --git a/tools/diagram/src/deadlock-safe-state.svg b/tools/diagram/src/deadlock-safe-state.svg
new file mode 100644
index 00000000..747bd472
--- /dev/null
+++ b/tools/diagram/src/deadlock-safe-state.svg
@@ -0,0 +1,85 @@
+
diff --git a/tools/diagram/src/deadlock-transfer.svg b/tools/diagram/src/deadlock-transfer.svg
new file mode 100644
index 00000000..2a85d548
--- /dev/null
+++ b/tools/diagram/src/deadlock-transfer.svg
@@ -0,0 +1,66 @@
+