线程死锁的定义

线程死锁是指两个或多个线程在争夺资源时，彼此形成了循环等待，导致它们都无法继续执行的现象。简单来说，线程 A 持有资源 1，并等待资源 2，而线程 B 持有资源 2，并等待资源 1。因为相互等待，这些线程永远无法完成。

死锁发生的四个必要条件

根据操作系统中的死锁理论，死锁的产生需要满足以下四个条件：

1. 互斥条件（Mutual Exclusion）
   至少有一个资源是不能被共享的，某一时刻只能由一个线程占用。
2. 占有并等待条件（Hold and Wait）
   一个线程持有至少一个资源，并等待其他资源的释放。
3. 不可剥夺条件（No Preemption）
   已获得的资源不能被强制剥夺，只能由占有它的线程主动释放。
4. 循环等待条件（Circular Wait）
   存在线程组成的循环链，每个线程都在等待下一个线程所持有的资源。

如果满足以上四个条件，就可能发生死锁。

死锁的示例代码

以下是一个简单的死锁场景代码，用 C# 展示：

class Program
{
    private static object lockA = new object();
    private static object lockB = new object();

    static void Main()
    {
        Thread thread1 = new Thread(Thread1);
        Thread thread2 = new Thread(Thread2);

        thread1.Start();
        thread2.Start();

        thread1.Join();
        thread2.Join();
    }

    static void Thread1()
    {
        lock (lockA)
        {
            Console.WriteLine("Thread 1 acquired lockA");
            Thread.Sleep(1000); // 模拟一些工作
            lock (lockB)
            {
                Console.WriteLine("Thread 1 acquired lockB");
            }
        }
    }

    static void Thread2()
    {
        lock (lockB)
        {
            Console.WriteLine("Thread 2 acquired lockB");
            Thread.Sleep(1000); // 模拟一些工作
            lock (lockA)
            {
                Console.WriteLine("Thread 2 acquired lockA");
            }
        }
    }
}

在以上代码中：

• Thread1 先锁住 lockA，然后尝试锁住 lockB。
• Thread2 先锁住 lockB，然后尝试锁住 lockA。
• 由于线程间相互等待对方释放资源，导致死锁。

避免死锁的几种方法

1. 按顺序加锁（Lock Ordering）
   确保所有线程按照相同的顺序申请锁资源。例如，确保 Thread1 和 Thread2 都先锁住 lockA，再锁住 lockB。
2. static void Thread1() { lock (lockA) { Console.WriteLine("Thread 1 acquired lockA"); Thread.Sleep(1000); lock (lockB) { Console.WriteLine("Thread 1 acquired lockB"); } } } static void Thread2() { lock (lockA) { Console.WriteLine("Thread 2 acquired lockA"); Thread.Sleep(1000); lock (lockB) { Console.WriteLine("Thread 2 acquired lockB"); } } }
3. 尝试锁（Try Locking）
   使用 Monitor.TryEnter 方法尝试获取锁。如果在超时时间内无法获得锁，则释放当前已持有的锁，避免死锁。
4. static void Thread1() { if (Monitor.TryEnter(lockA, TimeSpan.FromSeconds(1))) { try { Console.WriteLine("Thread 1 acquired lockA"); if (Monitor.TryEnter(lockB, TimeSpan.FromSeconds(1))) { try { Console.WriteLine("Thread 1 acquired lockB"); } finally { Monitor.Exit(lockB); } } } finally { Monitor.Exit(lockA); } } else { Console.WriteLine("Thread 1 could not acquire lockA"); } }
5. 使用超时机制
   通过 Task 或 CancellationToken 实现超时机制，避免线程无限等待。
6. 避免嵌套锁定
   避免一个线程在持有一个锁的同时再去申请另一个锁。
7. 采用死锁检测工具
   使用第三方工具或者框架对死锁进行检测，例如 Visual Studio 的调试器可以帮助发现死锁。
8. 使用并发集合
   使用 C# 中的线程安全集合（如 ConcurrentDictionary）来代替手动管理的锁。

总结

• 死锁的发生主要是由于多个线程之间的资源相互依赖。
• 避免死锁的关键是打破死锁的四个条件之一，例如按顺序加锁、使用尝试锁或者避免嵌套锁定。
• 在设计多线程程序时，应尽量减少锁的使用范围，降低锁的复杂性，提高程序的健壮性。