32. Common Concurrency Problems

32.1 What Types Of Bugs Exist?

• 并发中有哪些类型的bug？大致分为两种：non-deadlock bugs和deadlock bugs。

32.2 Non-Deadlock Bugs

• 主要又分为两类：atomicity violation和order violation。
• atomicity violation：

可能出现的Bug：

解决办法：

• order violation：

可能出现的bug：

解决方法：

• Non-Deadlock Bugs: Summary

97%的非死锁bug都是原子性和同步的问题，一般通过lock可以解决。

32.3 Deadlock Bugs

• 死锁，当不同进程循环等待资源时，就会造成死锁。

假设线程1占有lock1，线程2占有lock2，那么就造成了死锁。

• 死锁产生的条件：

Mutual exclusion：线程要对想访问的资源申请互斥访问，比如加锁。

Hold and wait：当线程在等待其他资源时，保持自己已经申请到的资源。

No preemption：不能强制线程放弃已占有的资源。

Circular wait：存在一条循环等待链，其中已经占有部分资源的线程在等待其他线程。

四个条件必须同时满足才能产生死锁。也就是说只要破坏其中一个条件就可以避免死锁。下面康康如何破坏这四个条件。

• Prevention

Circular wait：

可以通过固定资源的访问顺序来破坏循环等待条件。比如在上面那个栗子中，可以规定线程必须先申请lock1再申请lock2，这样就可以避免死锁。但是这种做法往往不现实，因为你要知道系统中所有要用到的资源，并且不方便新增资源。

Hold and wait：

可以通过让线程一次性申请完所需的所有资源后再往下进行，像这样：

但是这种做法会降低系统的并发性。

No preemption：

可以通过当线程由于申请不到其他资源而等待时，释放掉其已经占有的资源，像这样：

Mutual exclusion：

可以通过不使用lock的方式来申请对资源的访问，比如使用compareAndSwap：

• Deadlock Avoidance via Scheduling

除了死锁预防，还可以死锁避免。死锁避免需要知道运行过程中的线程可能需要申请哪些lock，并合理安排对这些lock的调度。比如银行家算法，虽然可以有效避免死锁，但是应用场景比较局限，并且会限制系统的并发性。

• Detect and Recover

最后是检测和恢复，也就是说允许系统产生死锁，但是产生死锁后通过一定的手段对死锁进行恢复。比如通过检测进程资源图中是否存在循环等待来判断死锁，或者一个线程等待资源时间过长就判断发生死锁等；然后再通过强制释放某个进程的资源来打破死锁。

32.4 Summary

• 这一章介绍了并发问题可能存在Bug，分为非死锁问题和死锁问题。非死锁问题主要是原子性和顺序性的问题；死锁问题主要是如何预防、避免、检测并恢复。