死锁的认识与处理
死锁的概念
在多线程编程中，我们为了防止多线程竞争共享资源而导致数据错乱，都会在操作共享资源之前加上互斥锁，只有成功获得到锁的线程，才能操作共享资源，获取不到锁的线程就只能等待，直到锁被释放。
那么，当两个线程为了保护两个不同的共享资源而使用了两个互斥锁，那么这两个互斥锁应用不当的时候，可能会造成两个线程都在等待对方释放锁，在没有外力的作用下，这些线程会一直相互等待，就没办法继续运行，这种情况就是发生了死锁。
举个例子，小林拿了小美房间的钥匙，而小林在自己的房间里，小美拿了小林房间的钥匙，而小美也在自己的房间里。如果小林要从自己的房间里出去，必须拿到小美手中的钥匙，但是小美要出去，又必须拿到小林手中的钥匙，这就形成了死锁。
死锁只有同时满足以下四个条件才会发生：
- 互斥条件；
- 持有并等待条件；
- 不可剥夺条件；
- 环路等待条件；
互斥条件
互斥条件是指多个线程不能同时使用同一个资源。
比如下图，如果线程 A 已经持有的资源，不能再同时被线程 B 持有，如果线程 B 请求获取线程 A 已经占用的资源，那线程 B 只能等待，直到线程 A 释放了资源。
持有并等待条件
持有并等待条件是指，当线程 A 已经持有了资源 1，又想申请资源 2，而资源 2 已经被线程 C 持有了，所以线程 A 就会处于等待状态，但是线程 A 在等待资源 2 的同时并不会释放自己已经持有的资源 1。
不可剥夺条件
不可剥夺条件是指，当线程已经持有了资源 ，在自己使用完之前不能被其他线程获取，线程 B 如果也想使用此资源，则只能在线程 A 使用完并释放后才能获取。
环路等待条件
环路等待条件指的是，在死锁发生的时候，两个线程获取资源的顺序构成了环形链。
比如，线程 A 已经持有资源 2，而想请求资源 1， 线程 B 已经获取了资源 1，而想请求资源 2，这就形成资源请求等待的环形图。
注意：4个条件必须同时满足，死锁才有可能发生。
只有在前3个条件都存在的前提下，环路等待才会导致死锁。
举例说明：
如果资源不是互斥的（可以共享），即使形成环路等待，也不会死锁。
如果可以强制剥夺资源，也可以打破这个环。
如果线程不会“持有再等”，不会占着资源不放，也不会形成环。
排查死锁
这里举例在C/C++的linux环境下
1、查找进程
方法一
使用 ps -ef | grep 程序名
ps是 “Process Status”（进程状态）的缩写，用于列出当前进程。-e选项：显示所有进程（包括其他用户的进程，不局限于当前用户）。-f选项：以完整格式显示进程信息（包括进程 ID、父进程 ID、启动时间、命令路径等）。
|（管道符）：将前一个命令的输出传递给后一个命令作为输入。这里就是把 ps -ef 列出的所有进程信息，传递给 grep 命令处理。
grep 程序名：从输入中筛选包含指定关键词的内容
如果想过滤掉 grep 命令自身的临时进程，可以优化命令为：
ps -ef | grep 程序名 | grep -v grep
grep -v grep：-v 表示 “排除包含指定关键词的行”，即去掉包含 “grep” 的行，只保留真正的 my_program 进程。
方法二
这个查找更加简单，直接查找，使用 pidof 程序名
2、GDB连接进程
使用 gdb -p 进程号
用于指定要附着的进程 ID（PID）。
然后你会看到类似输出：
GNU gdb (GDB) ...
Attaching to process 12345
Reading symbols from ./my_program...done.
...这说明 GDB 成功连接上了你的程序。
3、查看线程
使用 info threads,这会列出当前进程中的所有线程。
Id Target Id Frame
* 1 Thread 0x7f6f50f05740 (LWP 12345) 0x00007f6f507e0b71 in __futex_abstimed_wait_common (...)2 Thread 0x7f6f506ff700 (LWP 12346) 0x00007f6f507e0b71 in __futex_abstimed_wait_common (...)3 Thread 0x7f6f4feff700 (LWP 12347) 0x00007f6f507e0b71 in __futex_abstimed_wait_common (...)
每一行是一个线程；
Thread 0x... (LWP xxxxx)表示线程地址和线程 ID；*表示当前 GDB 正在查看的线程（可以切换）；__futex_abstimed_wait_common、pthread_mutex_lock等表示线程在等待锁，可能是死锁。
4、查看线程的调用栈
目标：找出每个线程当前执行到哪一步，有没有线程卡在 pthread_mutex_lock、futex 等函数。
方法一：查看单个线程
(gdb) thread 1
(gdb) bt
(gdb) thread 2 # 切换到线程 2
(gdb) bt # 查看线程 2 的调用栈方法二（推荐）：一次性查看所有线程堆栈
thread apply all bt会显示
Thread 1 (LWP 12345):
#0 pthread_mutex_lock (mutex=0x55555576e2a0) at ../sysdeps/nptl/pthread_mutex_lock.c:80
#1 main_thread_func () at main.cpp:15
...Thread 2 (LWP 12346):
#0 pthread_mutex_lock (mutex=0x55555576e2c0) at ...
#1 worker_thread_func () at worker.cpp:42
...Thread 3 (LWP 12347):
#0 futex_wait (...) at futex.c:...
#1 ...
5、分析
观察线程堆栈，发现：
- 线程 1（LWP 12345）：在
main_thread_func()中等待锁0x55555576e2a0。 - 线程 2（LWP 12346）：在
worker_thread_func()中等待锁0x55555576e2c0。
怀疑点：若线程 1 持有 0x55555576e2c0 且等待 0x55555576e2a0，
而线程 2 持有 0x55555576e2a0 且等待 0x55555576e2c0，则形成循环等待，即死锁。
进一步诊断步骤
1. 确认锁的持有者
在 GDB 中执行以下命令，查看每个锁当前被哪个线程持有：
(gdb) p mutex_owner(0x55555576e2a0) # 查看锁 0x55555576e2a0 的持有者
(gdb) p mutex_owner(0x55555576e2c0) # 查看锁 0x55555576e2c0 的持有者- 输出示例：若显示锁
0x55555576e2a0被线程 2 持有，而锁0x55555576e2c0被线程 1 持有，则可确认死锁。
避免死锁问题的发生
前面我们提到，产生死锁的四个必要条件是：互斥条件、持有并等待条件、不可剥夺条件、
环路等待条件。
那么避免死锁问题就只需要破环其中一个条件就可以，最常见的并且可行的就是使用资源有序分配法，来破环环路等待条件。
资源有序分配法
线程 A 和 线程 B 获取资源的顺序要一样，当线程 A 是先尝试获取资源 A，然后尝试获取资源 B 的时候，线程 B 同样也是先尝试获取资源 A，然后尝试获取资源 B。也就是说，线程 A 和 线程 B 总是以相同的顺序申请自己想要的资源。
我们使用资源有序分配法的方式来修改前面发生死锁的代码，我们可以不改动线程 A 的代码。
我们先要清楚线程 A 获取资源的顺序，它是先获取互斥锁 A，然后获取互斥锁 B。
所以我们只需将线程 B 改成以相同顺序的获取资源，就可以打破死锁了。
总结
简单来说，死锁问题的产生是由两个或者以上线程并行执行的时候，争夺资源而互相等待造成的。
死锁只有同时满足互斥、持有并等待、不可剥夺、环路等待这四个条件的时候才会发生。
所以要避免死锁问题，就是要破坏其中一个条件即可，最常用的方法就是使用资源有序分配法来破坏环路等待条件。