加了第一个同步（synchronized）后，并不意味着会导致所有的代码执行完成，而是对当前持有锁的代码块或方法进行同步控制。出现死锁是因为多个线程在执行过程中，由于同步锁的争用而导致的彼此等待，最终陷入无法继续执行的状态。核心原因包括多个线程相互等待对方释放锁、一个线程持有多个锁并等待其他锁、循环等待等。下文将以“多个线程相互等待对方释放锁”为例进行详细描述。
当多个线程同时工作时，一个线程可能需要同时获取多个资源（锁）。如果每个线程获取了部分资源后，又去等待其他资源（这些资源可能被其他线程持有并等待当前线程的资源释放）时，这种相互等待的关系将导致没有任何一个线程能够继续执行，形成了死锁。这种情形下，每个线程都在等待无法满足的条件（对方释放锁），因此程序无法向前推进。
一、死锁的概念及成因
死锁是指在多线程或多进程的环境中，由于资源争夺或通信等待发生的一种程序无法继续执行的状态。其核心成因包括：
- 多个线程相互等待对方释放锁。这是最典型的死锁情景，线程A持有锁L1并等待锁L2，同时线程B持有锁L2并等待锁L1，两者各不相让。
- 持有并等待。一个线程已经持有至少一个资源，同时等待获取更多资源时，可能引发死锁。
- 无序资源分配。当多个线程以不一致的顺序访问资源时，容易形成环形等待图，从而导致死锁。
二、预防与解决死锁的策略
预防和解决死锁的策略是多方面的，包括：
- 资源分配策略。为了预防死锁，可以设计系统以避免不同线程以不同的顺序请求资源。确保所有线程按照相同的顺序获取资源可以有效避免死锁。
- 锁定顺序。在编程时，应该确定一个全局的锁定顺序，所有线程应该按照这个顺序来获取锁。
- 使用锁超时。在尝试获取锁时，可以设置一个超时时间。如果在指定时间内没有获取到锁，线程可以主动放弃已经持有的锁，避免死锁的发生。
三、检测与恢复
死锁一旦发生，就需要立即采取措施进行检测与恢复：
- 死锁检测。系统可以定期运行死锁检测算法，检测系统资源分配图中是否存在循环等待条件。
- 资源剥夺。一种解决死锁的方法是从线程中剥夺资源，并将其分配给其他线程。但这可能需要线程回退到某些检查点并重新开始执行，这意味着之前的部分进度可能会丢失。
- 线程终止。在极端情况下，可能需要终止一个或多个线程以打破循环等待，尽管这是一个较为粗暴的解决方案。
四、死锁的案例分析
通过具体案例来进一步理解死锁的成因和解决方式是非常有助益的。以下是一个简单的案例：
假设有两个线程A和B，以及两个锁L1和L2。线程A首先获得L1的锁，接着试图获取L2的锁。与此同时，线程B获得了L2的锁，并试图获取L1的锁。这时，两个线程都在等待对方释放锁，从而形成了死锁。
通过使用锁超时或确定全局的锁定顺序等策略，可以有效地预防和解决类似的死锁问题。例如，如果两个线程都按照L1->L2的顺序获取锁，那么死锁的情况就不会发生。
五、总结
死锁是多线程编程中一个非常重要但需要尽量避免的问题。了解死锁的成因、预防策略和解决方案对于开发稳定、高效的并发程序至关重要。通过合理设计资源分配策略、使用锁超时以及确保线程安全，可以大大降低死锁发生的风险，提高程序的健壳性和稳定性。
相关问答FAQs：
1. 什么是死锁，为什么会出现死锁？
死锁是指在多个线程或进程中，彼此互相等待对方释放资源而无法继续执行的情况。当多个线程或进程出现循环依赖的资源请求时，就可能导致死锁的发生。
2. 如何避免多线程中的死锁问题？
要避免死锁问题，我们可以采取以下几个方法：
- 避免循环依赖：在设计程序时，尽量避免多个线程之间出现循环依赖的资源请求。
- 加锁顺序：线程在加锁时应该按照特定的顺序对资源进行加锁，以避免出现死锁。
- 使用超时机制：在获取锁的时候，可以设置一个超时时间，如果超过一定时间还未获取到锁，就放弃当前的资源请求并进行相应的处理。
- 死锁检测与恢复：可以使用一些死锁检测算法来检测死锁的发生，并采取相应的措施来恢复系统。
3. 如何解决代码中的死锁问题？
当代码中出现死锁问题时，我们可以采取以下几种解决方法：
- 使用资源分配图：通过资源分配图来分析死锁的发生原因，找出造成死锁的资源请求及释放顺序，并做出相应的调整。
- 引入超时机制：可以在获取锁的时候设置超时时间，当超过一定时间还未获取到锁时，放弃当前资源请求，进行相应的处理。
- 重启程序：当出现死锁时，可以通过重启程序来解决问题，重新分配资源。
- 优化资源使用：对代码中的资源使用进行优化，尽量减少资源的竞争，从而降低死锁的概率。
