哲学家就餐与死锁问题，死锁产生的条件以及解决方案

╰半橙微兮° 2022-06-10 04:44 376阅读 0赞

请结合经典案例－哲学家就餐，来谈谈你对死锁的理解，以及怎么预防和解除死锁？

**哲学家就餐**

描述：在一张圆桌上，有n个哲学家，n支筷子，他们的生活方式只是交替地进行思考和进餐，饥饿时便试图取其左、右最靠近他的筷子，只有在他拿到两支筷子时才能进餐，进餐完毕，放下筷子又继续思考。

**根据描述，实现代码如下：**

import java.util.Random;
    import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    
    public class Question17 {
    
    	public static void main(String[] args) {
    		ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
    		int sum = 5;
    		Chopstick[] chopsticks = new Chopstick[sum];
    		for (int i = 0; i < sum; i++) {
    			chopsticks[i] = new Chopstick(i);
    		}
    		for (int j = 0; j < sum; j++) {
    			exec.execute(new Philosopher(chopsticks[j], chopsticks[(j + 1) % sum], j));
    		}
    	}
    }
    
    // 筷子
    class Chopstick {
    	// 筷子位置  
    	private int id;
    	// 状态
    	private boolean isUsed = false;
    
    	public Chopstick(int id) {
    		this.id = id;
    	}
    
    	// 拿取
    	public synchronized void take() throws InterruptedException {
    		while (isUsed) {
    			wait();
    		}
    		System.err.println(this + " 被使用");
    		isUsed = true;
    	}
    
    	// 放下
    	public synchronized void drop() {
    		isUsed = false;
    		System.err.println(this + " 被放下");
    		notifyAll();
    	}
    
    	@Override
    	public String toString() {
    		return "筷子[" + id + "]";
    	}
    }
    
    // 哲学家
    class Philosopher implements Runnable {
    	private Chopstick left;
    	private Chopstick right;
    	private int id;
    	private Random rand = new Random();
    
    	public Philosopher(Chopstick left, Chopstick right, int id) {
    		this.left = left;
    		this.right = right;
    		this.id = id;
    	}
    
    	@Override
    	public void run() {
    		while (!Thread.interrupted()) {
    			try {
    				think();
    				System.out.println(this + " 想吃饭！");
    				eat();
    			} catch (InterruptedException e) {
    				System.err.println(this + " InterruptedException");
    			}
    		}
    	}
    
    	// 思考
    	private void think() throws InterruptedException {
    		System.out.println(this + " 思考...");
    		TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(rand.nextInt(1) * 100);
    	}
    
    	// 吃饭
    	private void eat() throws InterruptedException {
    		left.take();
    		right.take();
    		System.out.println(this + " 正在吃饭...");
    		TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(rand.nextInt(2) * 100);
    		left.drop();
    		right.drop();
    	}
    
    	@Override
    	public String toString() {
    		return "哲学家[" + id + "]";
    	}
    }

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通过运行结果，我们可以发现，到最后，没有一个哲学家能过同时获取两只筷子吃饭。

**二、为什么会产生死锁**

死锁问题被认为是线程/进程间切换消耗系统性能的一种极端情况。在死锁时，线程/进程间相互等待资源，而又不释放自身的资源，导致无穷无尽的等待，其结果是任务永远无法执行完成。哲学家问题便是线程资源竞争导致的死锁现象，在程序运行一段时间后，程序所处的状态是n位哲学家（n个线程）都各自获取了一只筷子的状态，此时所有哲学家都想获取第二只筷子去吃饭，但是共享资源n只筷子已经都被n位哲学家握在手里了，彼此想要的筷子都在其他哲学家手中，又没有机制能让任何哲学家放弃握在手中的筷子，从而照成了所有哲学家（所有线程）都在等待其他人手中资源的死锁问题。

**产生死锁的四个必要条件：**

1.  互斥条件：一个资源每次只能被一个线程/进程使用。
2.  请求与保持条件：一个线程/进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
3.  不剥夺条件：线程/进程已获得的资源，在未使用完之前，不能强行剥夺。
4.  循环等待条件：若干线程/进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

**三、死锁的解除与预防**

一般解决死锁的途径分为死锁的预防，避免，检测与恢复这三种。

死锁的预防是要求线程/进程申请资源时遵循某种协议，从而打破产生死锁的四个必要条件中的一个或几个，保证系统不会进入死锁状态。

死锁的避免不限制线程/进程有关申请资源的命令，而是对线程/进程所发出的每一个申请资源命令加以动态地检查，并根据检查结果决定是否进行资源分配。

死锁检测与恢复是指系统设有专门的机构，当死锁发生时，该机构能够检测到死锁发生的位置和原因，并能通过外力破坏死锁发生的必要条件，从而使得并发进程从死锁状态中恢复出来。

对于java程序来说，产生死锁时，我们可以用jvisualvm/jstack来分析程序产生的死锁原因，根治死锁问题。

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