死锁、活锁并发编程痛点案例深度剖析
2023-04-24 16:53:09
死锁与活锁：并发编程的隐患
引言
并发编程，即同时执行多个任务，在现代软件开发中至关重要。然而，它也引入了一些独特的挑战，其中最常见的就是死锁和活锁。这两个问题如果不及时解决，可能会导致程序崩溃甚至系统故障。
什么是死锁？
死锁 是指两个或更多线程相互等待，导致它们都无法继续执行的情况。想像一下两个饥饿的孩子同时争抢同一块饼干，谁都不肯放手，结果双方都饿着肚子。
原因：
死锁通常发生在多个线程尝试访问同一共享资源时，而且这些资源是独占的，也就是说，一次只能有一个线程访问它们。如果线程A获得了资源R1，而线程B获得了资源R2，并且它们都等待着对方释放资源，那么就会发生死锁。
什么是活锁？
活锁 是指两个或更多线程都在不断执行，但却没有取得实质性进展的情况。想像一下两辆车试图同时进入一个狭窄的隧道，但由于道路拥堵，它们不断地改变车道，却没有一辆车能通过。
原因：
活锁通常发生在多个线程尝试更新同一个共享变量时，但由于某种原因，更新操作总是失败或被回滚。这可能导致线程陷入一个无限循环，不断地尝试更新变量，却永远无法成功。
案例分析：死锁
为了更好地理解死锁，让我们来看一个Go代码示例：
package main
import (
"fmt"
"sync"
)
var (
mutex = sync.Mutex{}
resourceA = 0
resourceB = 0
)
func main() {
go func() {
mutex.Lock()
resourceA++
mutex.Unlock()
}()
go func() {
mutex.Lock()
resourceB++
mutex.Unlock()
}()
fmt.Println(resourceA, resourceB)
}
在这个示例中，我们使用sync.Mutex实现了互斥锁。主goroutine获取了锁，并启动了两个新的goroutine。这两个goroutine分别试图更新resourceA和resourceB两个共享变量。由于互斥锁的机制，它们必须等待对方释放锁才能继续执行。但是，由于这两个goroutine都在等待对方释放锁，因此它们都会被阻塞，导致死锁。
案例分析：活锁
为了理解活锁，让我们再来看一个Go代码示例：
package main
import (
"fmt"
"sync"
)
var (
mutex = sync.Mutex{}
counter = 0
)
func main() {
go func() {
for {
mutex.Lock()
counter++
if counter > 10 {
mutex.Unlock()
return
}
mutex.Unlock()
}
}()
go func() {
for {
mutex.Lock()
if counter > 10 {
mutex.Unlock()
return
}
mutex.Unlock()
}
}()
fmt.Println(counter)
}
在这个示例中，我们仍然使用sync.Mutex实现了互斥锁。主goroutine启动了两个新的goroutine。这两个goroutine都试图更新counter这个共享变量。由于互斥锁的机制，它们必须等待对方释放锁才能继续执行。但是，由于这两个goroutine都在等待对方释放锁，因此它们都会被阻塞，导致活锁。
避免死锁和活锁
要避免死锁和活锁，我们可以使用正确的锁和通信机制来协调对共享资源的并发访问。
避免死锁：
- 使用sync.Mutex实现互斥锁，以确保一次只有一个线程可以访问共享资源。
- 避免循环等待，即线程A等待线程B释放锁，而线程B又等待线程A释放锁的情况。
- 使用死锁检测工具，如Go语言中的deadlock检测器，以识别并修复潜在的死锁问题。
避免活锁：
- 避免同时访问同一个共享变量，如果必须访问，请使用互斥锁来保护它。
- 考虑使用无锁数据结构，如并发映射或无锁队列，以避免在更新共享变量时发生竞争。
- 使用超时机制，以防线程陷入无限循环，并允许其他线程继续执行。
结论
死锁和活锁是并发编程中常见的挑战，如果不及时解决，可能会导致严重的问题。通过理解它们的发生原因和避免策略，我们可以编写出更加健壮和高效的并发程序。
常见问题解答
- 死锁和活锁有什么区别？
- 死锁是指两个或更多线程相互等待，导致它们都无法继续执行。活锁是指两个或更多线程都在不断执行，但却没有取得实质性进展。
- 死锁和活锁的常见原因是什么？
- 死锁通常发生在多个线程尝试访问同一共享资源时，而且这些资源是独占的。活锁通常发生在多个线程尝试更新同一个共享变量时，但更新操作总是失败或被回滚。
- 如何避免死锁？
- 使用互斥锁以确保一次只有一个线程可以访问共享资源。避免循环等待。使用死锁检测工具。
- 如何避免活锁？
- 避免同时访问同一个共享变量。考虑使用无锁数据结构。使用超时机制。
- 在实际项目中遇到死锁或活锁时该怎么办？
- 使用调试工具，如Go语言中的deadlock检测器，来识别死锁。分析代码，找出导致活锁的竞争点。重新设计代码以避免死锁或活锁。
