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Python中死锁的形成示例及死锁情况的防止

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Python中的死锁是多个线程持有资源并等待其他线程释放它们所需的资源，并且永远不会释放资源的情况。如果这种情况发生，线程将永远停滞下来，无法继续执行，进而导致程序的崩溃。

一般情况下，死锁的出现是由于以下两种原因之一：

  1. 线程有多个共享资源，在不同的线程之间获取了不同的资源，但是在释放之前，它们都在让其他线程等待所需的资源，这导致死锁。

  2. 在代码中出现了递归锁，且线程在释放锁之前意外地被阻塞了。

防止死锁的方法主要有以下几种：

  1. 加锁的顺序要一致。这是防止死锁的最简单方法，确保线程按照相同的顺序获取锁。

  2. 使用超时机制。我们可以为获取锁的操作设置超时时间，超过了这个时间，如果依然不能获取到锁，那么就放弃并释放已经获取的锁。

  3. 尽可能地减少锁的使用。比如使用无锁的数据结构，读写锁等。

接下来，我们来看两个死锁的演示示例：

示例1：传统死锁问题

在这个示例中，我们有两个线程A和B，每个线程都需要获取两个锁：lock1和lock2。如果线程A获取了lock1，但是无法获取到lock2，线程A就会等待。同样的，线程B也需要获取lock1和lock2。

import threading

lock1 = threading.Lock()
lock2 = threading.Lock()

def test1():
    with lock1:
        print('线程A获取到lock1')
        with lock2:
            print('线程A获取到lock2')

def test2():
    with lock2:
        print('线程B获取到lock2')
        with lock1:
            print('线程B获取到lock1')

t1 = threading.Thread(target=test1)
t2 = threading.Thread(target=test2)
t1.start()
t2.start()

上述代码演示了传统的死锁问题。线程A在获取lock1后等待lock2，而线程B在获取lock2后等待lock1。这导致两个线程都因等待条件无法满足而陷入停滞状态。

为了解决这个问题，我们可以通过改变锁的获取顺序来避免死锁。结果如下所示：

import threading

lock1 = threading.Lock()
lock2 = threading.Lock()

def test1():
    with lock1:
        print('线程A获取到lock1')
        with lock2:
            print('线程A获取到lock2')

def test2():
    with lock1:
        print('线程B获取到lock1')
        with lock2:
            print('线程B获取到lock2')

t1 = threading.Thread(target=test1)
t2 = threading.Thread(target=test2)
t1.start()
t2.start()

这个示例与之前的示例唯一的不同之处在于线程B首先获取lock1，然后再获取lock2。这避免了交错而导致的死锁，使线程在释放锁之前顺利完成行动。

示例2：递归锁造成死锁

在Python中，可以通过关键字with来获得一个锁，with语句结束时自动释放锁。当同一个线程再次获取一个锁时，如果这个锁是递归锁（RLock），那么这个线程可以继续获得锁，而不是锁定自己。然而，这种机制也可能导致死锁。

在下面的示例代码中有一个递归锁，线程B在递归锁的外面获取lock1，然后在递归锁的保护下获取lock2，接着在递归锁的保护下再次获取lock1。这导致线程B占有了lock1、lock2和递归锁。然而，由于递归锁持有了lock1，线程A不能获取到lock1并等待，导致死锁。

import threading

lock1 = threading.Lock()
lock2 = threading.Lock()
recur_lock = threading.RLock()

def test1():
    with recur_lock:
        print('线程A已获取递归锁')
        with lock1:
            print('线程A获取lock1')
            with lock2:
                print('线程A获取lock2')

def test2():
    with lock1:
        print('线程B获取lock1')
        with recur_lock:
            print('线程B已获取递归锁')
            with lock2:
                print('线程B获取lock2')
                with lock1:
                    print('线程B获取lock1')

t1 = threading.Thread(target=test1)
t2 = threading.Thread(target=test2)
t1.start()
t2.start()

要解决这个问题，我们需要尽量减少锁的粒度，避免递归锁的使用，或者在释放递归锁之前先释放锁，使其他线程有机会获得锁。

以上就是关于Python中死锁的形成示例及死锁情况的防止的完整攻略。

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