什么是死锁以及如何避免

什么是死锁？

死锁是指两个或两个以上的进程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程称为死锁进程。例如，在某个计算机系统中，进程P1正占用输入设备，同时又提出使用打印机的请求，但此时打印机正被进程P2所占用，而P2在未释放打印机之前，又提出请求使用正被P1占用着的输入设备。这样两个进程相互无休止地等待下去，均无法继续执行，此时两个进程陷入死锁状态。

死锁的起因主要包括：

资源有限：系统提供的资源数少于并发进程所需要的资源数。
资源竞争：进程的并发性造成对资源的竞争使用。

产生死锁的必要条件通常包括四个：

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

如何避免死锁？

避免死锁的方法可以从多个方面入手，以下是一些常见的方法：

破坏死锁的必要条件：
- 破坏互斥条件：一般来说不太现实，因为很多资源本身就是互斥的。
- 破坏请求与保持条件：一种方法是要求所有进程在开始执行前一次性地申请其所需的全部资源，在资源分配后再开始执行。但这种方法会降低资源的利用率，因为有些资源可能只是在进程执行的某个阶段才需要。
- 破坏不剥夺条件：当进程已持有的资源在未使用完之前，可以被其他进程暂时剥夺，但这可能导致数据的不一致性等问题。
- 破坏循环等待条件：对所有资源类型进行排序编号，规定每个进程必须按编号递增的顺序请求资源。这种方法可以有效地防止循环等待的发生。
资源有序分配法：将系统中的所有资源按类型进行线性排序，并规定每个进程必须按序申请资源。例如，可以规定先申请打印机，再申请输入设备。
银行家算法：这是一种避免死锁的著名算法，通过预先分配资源来避免死锁的发生。该算法会检查系统当前的资源分配情况和进程的资源请求，如果分配资源后系统仍然处于安全状态，则进行资源分配；否则，拒绝分配资源。
定时锁和尝试锁：对于某些情况，可以使用尝试锁（tryLock）来替代普通的锁机制。尝试锁允许进程在尝试获取锁时设置一个超时时间，如果在超时时间内无法获取锁，则放弃获取锁并执行其他操作。这有助于减少因长时间等待锁而导致的死锁问题。
合理的进程调度和同步机制：通过合理的进程调度算法和同步机制，可以减少进程间的资源竞争和冲突，从而降低死锁的发生概率。
使用分布式事务锁或乐观锁：在分布式系统中，可以使用分布式事务锁来管理跨多个节点的资源访问。乐观锁则是一种基于冲突检测的锁机制，它允许进程在访问资源时不立即加锁，而是在提交更新时检查是否有其他进程修改了该资源。