Linux学习日记20：死锁-编程阁

一、前言

前面我们学习了线程同步的概念和互斥锁的适用，本次我们来学习死锁的相关知识。

二、死锁

2.1、死锁的定义

死锁是指多个线程或者进程因竞争共享资源（如互斥锁），互相等待对方释放资源，导致所有线程都陷入 “永久阻塞” 的状态，且无外力干预无法自行解除。举个通俗点的例子就是，线程 A 持有锁 1，等待获取锁 2；线程 B 持有锁 2，等待获取锁 1；两者都不释放已持有的锁，互相等待，程序彻底卡死。如下图所示：

2.2、死锁的必要条件

死锁的发生必须同时满足以下 4 个条件，只要打破其中任意一个，死锁就不会发生：

必要条件	通俗解释
互斥条件	资源（如互斥锁）只能被一个线程持有，其他线程无法共享（互斥锁的核心特性）
占有且等待条件	线程持有一个资源的同时，主动请求获取另一个资源（不释放已持有的资源）
不可抢占条件	线程持有的资源不能被强制剥夺，只能由线程主动释放（互斥锁无 “强制解锁” 接口）
循环等待条件	多个线程形成 “资源请求闭环”（如 A 等 B 的资源，B 等 C 的资源，C 等 A 的资源）

2.3、典型示例

1、自己锁自己

输入以下代码：

#include <stdio.h> #include <pthread.h> #include <unistd.h> int number; pthread_mutex_t mutex; void *myfun1(void *arg) { for(int i=0;i<10000;i++) { //lock pthread_mutex_lock(&mutex);//两把锁 pthread_mutex_lock(&mutex); int ret; ret = number; ret++; number = ret; printf("fun1 is %ld,number is %d\n",pthread_self(),number); //ulock pthread_mutex_unlock(&mutex); usleep(10); } } void *myfun2(void *arg) { for(int i=0;i<10000;i++) { //lock pthread_mutex_lock(&mutex);//两把锁 pthread_mutex_lock(&mutex); int ret; ret = number; ret++; number = ret; printf("fun2 is %ld,number is %d\n",pthread_self(),number); //ulock pthread_mutex_unlock(&mutex); usleep(10); } } int main() { //init mutex pthread_mutex_init(&mutex,NULL); pthread_t pthid1; pthread_t pthid2; pthread_create(&pthid1,NULL,myfun1,NULL); pthread_create(&pthid2,NULL,myfun2,NULL); pthread_join(pthid1,NULL); pthread_join(pthid2,NULL); //kill mutex pthread_mutex_destroy(&mutex); return 0; }

适用gcc编译器进行编译，运行结果如下：

可以发现什么东西都没有打印出来，这就是死锁了，普通互斥锁的核心规则是：同一线程不能对同一个互斥锁重复加锁—— 第一次加锁后，锁的「持有者」是当前线程，锁状态为「已锁定」；当线程再次调用pthread_mutex_lock时，会阻塞等待锁被释放，但锁的持有者正是自己，因此线程会永久阻塞（死锁），无法继续执行后续代码。

2、交叉加锁

输入以下代码：

#include <stdio.h> #include <pthread.h> #include <unistd.h> pthread_mutex_t mutex1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; pthread_mutex_t mutex2 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; // 线程1：先加锁1，再尝试加锁2 void *thread1(void *arg) { pthread_mutex_lock(&mutex1); printf("线程1持有锁1，等待锁2\n"); sleep(1); // 故意让出CPU，让线程2持有锁2 pthread_mutex_lock(&mutex2); // 阻塞，等待线程2释放锁2 // 临界区（不会执行到） printf("线程1获取所有锁\n"); pthread_mutex_unlock(&mutex2); pthread_mutex_unlock(&mutex1); return NULL; } // 线程2：先加锁2，再尝试加锁1 void *thread2(void *arg) { pthread_mutex_lock(&mutex2); printf("线程2持有锁2，等待锁1\n"); sleep(1); // 故意让出CPU，让线程1持有锁1 pthread_mutex_lock(&mutex1); // 阻塞，等待线程1释放锁1 // 临界区（不会执行到） printf("线程2获取所有锁\n"); pthread_mutex_unlock(&mutex1); pthread_mutex_unlock(&mutex2); return NULL; } int main() { pthread_t tid1, tid2; pthread_create(&tid1, NULL, thread1, NULL); pthread_create(&tid2, NULL, thread2, NULL); pthread_join(tid1, NULL); pthread_join(tid2, NULL); return 0; }

编译并运行，运行结果如下：

执行结果是两个线程互相等待，程序卡死，无后续输出。

2.4、如何避免死锁

1、固定加锁顺序

给所有锁资源分配唯一编号，所有线程必须先加小编号的锁，再加大号的锁，彻底避免 “你等我、我等你” 的闭环。

比如通过下面的代码来修复交叉加锁：

#include <pthread.h> #include <stdio.h> // 步骤1：给锁编号（mutex1=1，mutex2=2，必须先加1再加2） pthread_mutex_t mutex1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; pthread_mutex_t mutex2 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; // 线程1：按“mutex1 → mutex2”加锁 void *thread1(void *arg) { pthread_mutex_lock(&mutex1); // 先加小编号锁 printf("线程1持有mutex1，等待mutex2\n"); pthread_mutex_lock(&mutex2); // 再加大号锁 // 临界区操作 printf("线程1获取所有锁，执行临界区\n"); // 解锁顺序：先解大号锁，再解小编号锁（逆序） pthread_mutex_unlock(&mutex2); pthread_mutex_unlock(&mutex1); return NULL; } // 线程2：严格遵守同一顺序（mutex1 → mutex2） void *thread2(void *arg) { pthread_mutex_lock(&mutex1); // 先加小编号锁（关键！不再先加mutex2） printf("线程2持有mutex1，等待mutex2\n"); pthread_mutex_lock(&mutex2); // 再加大号锁 // 临界区操作 printf("线程2获取所有锁，执行临界区\n"); pthread_mutex_unlock(&mutex2); pthread_mutex_unlock(&mutex1); return NULL; } int main() { pthread_t tid1, tid2; pthread_create(&tid1, NULL, thread1, NULL); pthread_create(&tid2, NULL, thread2, NULL); pthread_join(tid1, NULL); pthread_join(tid2, NULL); return 0; }

运行结果如下：

这样就修复了交叉加锁的问题。

2、一次性获取所有锁

线程在执行临界区前，尝试一次性获取所有需要的锁；如果有任何一个锁拿不到，就释放已拿到的所有锁，重试（而非 “拿着一个等另一个”）。如下代码所示：

#include <stdio.h> #include <pthread.h> #include <unistd.h> // 两个需要同时获取的锁 pthread_mutex_t m1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; pthread_mutex_t m2 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; // 一次性获取两个锁（核心逻辑） int lock_both(pthread_mutex_t *a, pthread_mutex_t *b) { while (1) { // 1. 非阻塞尝试加锁a if (pthread_mutex_trylock(a) != 0) { usleep(10); continue; } // 2. 非阻塞尝试加锁b，失败则释放a if (pthread_mutex_trylock(b) == 0) return 0; // 成功拿到两个锁 pthread_mutex_unlock(a); // 释放已拿到的a，避免占有且等待 usleep(10); // 重试前休眠，降低CPU占用 } } // 线程函数：演示一次性加锁操作 void *thread_func(void *arg) { int id = *(int *)arg; // 一次性获取m1和m2（避免交叉加锁死锁） lock_both(&m1, &m2); // 临界区：操作共享资源 printf("线程%d：同时拿到m1和m2，执行临界区\n", id); // 解锁（成对释放） pthread_mutex_unlock(&m2); pthread_mutex_unlock(&m1); return NULL; } int main() { int id1 = 1, id2 = 2; pthread_t t1, t2; // 创建两个线程，模拟并发加锁 pthread_create(&t1, NULL, thread_func, &id1); pthread_create(&t2, NULL, thread_func, &id2); // 等待线程结束 pthread_join(t1, NULL); pthread_join(t2, NULL); // 销毁锁 pthread_mutex_destroy(&m1); pthread_mutex_destroy(&m2); return 0; }

编译运行，结果如下：

可以看到这样也可以执行，不会死锁。

3、适用trylock回退重试

如两个线程需要同时操作m1和 m2两个锁，若用普通 pthread_mutex_lock 交叉加锁会死锁；用trylock非阻塞尝试，失败则释放已拿的锁，重试即可避免。代码如下所示：

#include <stdio.h> #include <pthread.h> #include <unistd.h> // 两个共享锁 pthread_mutex_t m1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; pthread_mutex_t m2 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; // 线程函数：用trylock避免死锁 void *thread_func(void *arg) { int id = *(int *)arg; int ret1, ret2; while (1) { // 1. 非阻塞尝试加锁m1（trylock：拿不到立即返回EBUSY，不阻塞） ret1 = pthread_mutex_trylock(&m1); if (ret1 != 0) { usleep(10); // 拿不到m1，短暂休眠后重试 continue; } // 2. 非阻塞尝试加锁m2 ret2 = pthread_mutex_trylock(&m2); if (ret2 == 0) { // 成功拿到两个锁，执行临界区 printf("线程%d：成功拿到m1+m2，执行操作\n", id); // 解锁（成对释放） pthread_mutex_unlock(&m2); pthread_mutex_unlock(&m1); break; // 完成操作，退出循环 } else { // 拿到m1但没拿到m2 → 释放m1，避免“占有且等待”（死锁条件） pthread_mutex_unlock(&m1); usleep(10); // 重试前休眠，降低CPU占用 } } return NULL; } int main() { int id1 = 1, id2 = 2; pthread_t t1, t2; // 创建两个线程，模拟并发请求锁（交叉加锁场景） pthread_create(&t1, NULL, thread_func, &id1); pthread_create(&t2, NULL, thread_func, &id2); // 等待线程结束 pthread_join(t1, NULL); pthread_join(t2, NULL); // 销毁锁 pthread_mutex_destroy(&m1); pthread_mutex_destroy(&m2); return 0; }

编译并运行，结果如下：

可以看到这样也可以执行，不会死锁。