面试题：网络编程中多线程编程的常见异常及处理方式

Question

在网络编程的多线程环境下，经常会遇到哪些异常情况，例如资源竞争、死锁等，请分别阐述这些异常产生的原因，并说明对应的处理方式。

Answer 1

资源竞争

• 产生原因：多个线程同时访问和修改共享资源，由于线程执行的随机性，可能导致数据不一致等问题。例如多个线程同时对一个共享变量进行读写操作。
• 处理方式：
  • 互斥锁（Mutex）：通过互斥锁来保证同一时间只有一个线程能访问共享资源。线程在访问资源前先获取锁，访问完后释放锁。
  • 读写锁（Read - Write Lock）：允许多个线程同时读共享资源，但只允许一个线程写。读操作时获取读锁，写操作时获取写锁。

死锁

• 产生原因：两个或多个线程互相持有对方需要的资源，同时又在等待对方释放自己需要的资源，从而形成一种僵持状态。例如线程A持有资源1，等待资源2，而线程B持有资源2，等待资源1。
• 处理方式：
  • 避免死锁的产生：
    • 破坏死锁的四个必要条件：破坏互斥条件（尽量不使用独占资源）、占有并等待条件（一次性获取所有需要的资源）、不可剥夺条件（允许剥夺资源）、循环等待条件（对资源进行排序，按序获取）。
    • 资源分配图算法：如银行家算法，在每次分配资源前检查是否会导致死锁，如果会则不分配。
  • 检测与恢复：
    • 死锁检测算法：定期检查系统中是否存在死锁。例如通过资源分配图算法检测死锁。
    • 死锁恢复：一旦检测到死锁，可通过终止一个或多个死锁线程、剥夺死锁线程的资源等方式来打破死锁。

线程饥饿

• 产生原因：某个线程由于优先级过低，或者其他高优先级线程持续占用资源，导致该线程长时间无法获得执行机会。
• 处理方式：
  • 调整线程优先级：合理设置线程优先级，避免某些线程优先级过高或过低。
  • 公平调度算法：采用公平调度策略，确保每个线程都有机会执行，如时间片轮转调度算法。

线程过早退出

• 产生原因：线程在执行过程中遇到未处理的异常，或者外部调用提前终止线程等。
• 处理方式：
  • 异常处理：在线程的执行方法中使用try - catch块捕获异常，进行适当处理，避免线程因异常而意外终止。
  • 优雅终止：提供外部控制线程终止的方法，线程内部通过检查标志位等方式，在合适的时机终止，而不是被强制终止。