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synced 2026-10-31 02:53:42 +00:00
Update 计算机操作系统 - 死锁.md
补充各种预防方法的代价、死锁避免的前提、死锁线程的状态，附录 A4。
This commit is contained in:
CyC2018
+52
-5
@@ -24,6 +24,7 @@
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* [A1 Java 线程死锁](#a1-java-线程死锁)
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* [A2 MySQL 死锁](#a2-mysql-死锁)
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* [A3 先查后插的间隙锁死锁](#a3-先查后插的间隙锁死锁)
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* [A4 死锁线程的状态与 CPU 时间](#a4-死锁线程的状态与-cpu-时间)
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* [参考资料](#参考资料)
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<!-- GFM-TOC -->
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@@ -103,7 +104,7 @@
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## 死锁预防
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在程序运行之前预防发生死锁。
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在程序运行之前预防发生死锁：四个必要条件缺一不可，设计时破坏其中任意一个，死锁就不可能发生。各种方法的代价不同，实际开发中最常用的是破坏环路等待。
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### 1. 破坏互斥条件
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@@ -111,7 +112,7 @@
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### 2. 破坏占有和等待条件
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一种实现方式是规定所有进程在开始执行前请求所需要的全部资源。
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一种实现方式是规定所有进程在开始执行前请求所需要的全部资源。代价是资源被提前占用、利用率低，而且很多程序事先并不知道需要哪些资源。
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### 3. 破坏不可抢占条件
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@@ -121,11 +122,11 @@
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### 4. 破坏环路等待
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给资源统一编号，进程只能按编号顺序来请求资源。
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给资源统一编号，进程只能按编号顺序来请求资源。这样所有进程都是从小编号往大编号等待，不可能形成环。它的代价最小，只要求每个加锁的地方遵守同一个顺序，例子见 [Java 线程死锁](#1-java-线程死锁) 和 [MySQL 死锁](#2-mysql-死锁)。
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## 死锁避免
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在程序运行时避免发生死锁。
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在程序运行时避免发生死锁。死锁避免不限制资源的请求方式，而是在每次分配前判断分配之后系统是否仍处于安全状态，不安全就让请求者等待。它要求事先知道每个进程最多需要多少资源，通用的操作系统和应用程序很难满足，因此主要见于教材和特定的资源分配系统。
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### 1. 安全状态
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@@ -203,7 +204,9 @@ synchronized (first) {
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}
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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（JDK 21 实测，见[附录 A1](#a1-java-线程死锁)）。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。
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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（JDK 21 实测，见[附录 A1](#a1-java-线程死锁)）。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。例如获取第二把锁等待 10 ms 仍失败时释放第一把锁，随机等待 1～4 ms 后重试，同样的两个线程在 30～60 ms 内完成（见[附录 A4](#a4-死锁线程的状态与-cpu-时间)）。等待时间要随机，否则两个线程可能总是同时释放、同时重试，谁都拿不到两把锁，这称为活锁。
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需要注意的是，死锁的线程处于阻塞状态，并不消耗 CPU。上例卡住后，两个线程的状态都是 BLOCKED，之后 3 秒内各自消耗的 CPU 时间都不到 0.1 ms（JDK 21 实测，见[附录 A4](#a4-死锁线程的状态与-cpu-时间)）。因此 CPU 占用很高时应先按 [CPU 占用过高](Java%20虚拟机.md#cpu-占用过高)排查死循环、频繁 GC 等问题；CPU 很低、请求却全部卡住，线程都停在加锁的地方，才更像死锁，用 jstack 或 jcmd 的 Thread.print 命令打印线程栈确认。程序中也可以定时调用 ThreadMXBean 的 findDeadlockedThreads() 检测死锁并告警。
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### 2. MySQL 死锁
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@@ -333,9 +336,53 @@ ERROR 1062 (23000) at line 1: Duplicate entry '1024' for key 'payment.PRIMARY'
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执行 SET GLOBAL innodb_print_all_deadlocks = ON 后重跑可重复读的例子，错误日志中同样记录了两个事务持有的间隙锁和等待的插入意向锁（lock_mode X locks gap before rec insert intention waiting）。
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### A4 死锁线程的状态与 CPU 时间
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JDK 21.0.13，macOS（Apple M1 Pro）。用正文中的 transfer 让线程 T1、T2 反向转账直到卡住，等待 5 秒后，用 ThreadMXBean 记录两个线程此后 3 秒内消耗的 CPU 时间，再调用 findDeadlockedThreads()：
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```java
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ThreadMXBean mx = ManagementFactory.getThreadMXBean();
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long c1 = mx.getThreadCpuTime(t1.threadId()), c2 = mx.getThreadCpuTime(t2.threadId());
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Thread.sleep(3000);
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long d1 = mx.getThreadCpuTime(t1.threadId()) - c1, d2 = mx.getThreadCpuTime(t2.threadId()) - c2;
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for (ThreadInfo ti : mx.getThreadInfo(mx.findDeadlockedThreads())) { ... }
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```
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```text
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T1 状态 BLOCKED，T2 状态 BLOCKED
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之后 3 秒内 T1、T2 消耗的 CPU 时间：62000 ns、35000 ns
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findDeadlockedThreads：T1 等待 DeadlockDiag$Account@7291c18f，持有者 T2
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findDeadlockedThreads：T2 等待 DeadlockDiag$Account@1b2c6ec2，持有者 T1
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```
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改用 ReentrantLock.tryLock 的版本（获取第二把锁最多等待 10 ms，失败则释放第一把锁，随机等待 1～4 ms 后重试），各转账 10 万次，运行 3 次：
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```java
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static void transferTry(Account from, Account to, int amount) throws InterruptedException {
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while (true) {
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if (from.lock.tryLock(10, TimeUnit.MILLISECONDS)) {
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try {
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if (to.lock.tryLock(10, TimeUnit.MILLISECONDS)) {
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try { from.balance -= amount; to.balance += amount; return; }
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finally { to.lock.unlock(); }
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}
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} finally { from.lock.unlock(); }
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}
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Thread.sleep(ThreadLocalRandom.current().nextInt(1, 5));
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}
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}
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```
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```text
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tryLock 版本：完成，余额 1000 1000，用时 59 ms
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tryLock 版本：完成，余额 1000 1000，用时 29 ms
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tryLock 版本：完成，余额 1000 1000，用时 43 ms
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```
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## 参考资料
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- Tanenbaum A S, Bos H. Modern Operating Systems [M]. Pearson, 2014.
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- [Deadlocks in InnoDB | MySQL 8.0 Reference Manual](https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/innodb-deadlocks.html)
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- [InnoDB Locking | MySQL 8.0 Reference Manual](https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/innodb-locking.html)
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||||
- [The data_locks Table | MySQL 8.0 Reference Manual](https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/performance-schema-data-locks-table.html)
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||||
- [ThreadMXBean (Java SE 21 & JDK 21)](https://docs.oracle.com/en/java/javase/21/docs/api/java.management/java/lang/management/ThreadMXBean.html)
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