哲学家就餐与死锁问题，死锁产生的条件以及解决方案

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();}@Overridepublic 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;}@Overridepublic 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();}@Overridepublic String toString() {return "哲学家[" + id + "]";}}

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。