面试题答案
一键面试死锁产生原因分析
- 资源竞争：在非阻塞I/O网络编程高并发场景下，多个线程或进程可能同时竞争有限的网络资源，如套接字描述符、缓冲区等。例如，线程A持有资源R1并请求资源R2，而线程B持有资源R2并请求资源R1，此时若双方都不释放已持有的资源，就会产生死锁。
- 锁顺序混乱：不同线程获取锁的顺序不一致。假设线程1按照顺序获取锁L1、L2，而线程2按照顺序获取锁L2、L1。当线程1获取了L1，线程2获取了L2时，就会出现死锁。在非阻塞I/O中，由于异步操作的特性，更容易出现这种锁顺序混乱的情况。
- 异步操作导致的依赖循环：非阻塞I/O的异步特性使得操作之间的依赖关系变得复杂。例如，一个异步读操作依赖于另一个异步写操作的完成，而写操作又依赖于读操作的某种状态，若处理不当，就会形成依赖循环，进而导致死锁。
预防死锁方案
- 资源分配算法：
- 银行家算法：该算法需要预先知道系统中所有进程对各类资源的最大需求量。系统在每次资源分配前，会检查此次分配是否会使系统进入不安全状态。如果不会，则进行分配，否则拒绝分配。在非阻塞I/O场景下，可将网络资源（如套接字、缓冲区等）视为银行家算法中的资源类型。例如，假设有三个进程P1、P2、P3，三种资源R1、R2、R3，进程P1对资源R1最大需求为3，当前已分配1；进程P2对资源R2最大需求为4，当前已分配2等。每次有新的资源请求时，系统按照银行家算法检查是否会导致不安全状态。
- 资源分配图算法：通过资源分配图（有向图，顶点包括进程和资源，边表示进程请求资源或资源分配给进程）来检测死锁。若资源分配图中存在环，且环中的每个资源类型只有一个实例，那么系统处于死锁状态。预防死锁时，每次资源分配操作后，都检查资源分配图是否会形成环。若会形成环，则拒绝分配。
- 调度策略：
- 优先级调度：为每个线程或进程分配一个优先级。在请求资源时，高优先级的任务优先获取资源。例如，对于处理关键业务逻辑的线程赋予较高优先级，对于一些辅助性的线程赋予较低优先级。在非阻塞I/O场景中，对于处理实时数据传输的线程可设置高优先级，优先获取网络资源。同时，为防止低优先级任务饥饿，可采用时间片轮转与优先级调度相结合的方式，定期提升低优先级任务的优先级。
- 有序资源分配法：为所有资源类型分配一个唯一的序号，线程必须按照序号从小到大的顺序请求资源。例如，若有套接字资源序号为1，缓冲区资源序号为2，那么所有线程都必须先请求套接字资源，再请求缓冲区资源。这样可以避免因锁顺序混乱导致的死锁。
性能优化
- 资源分配算法优化：
- 对于银行家算法，在每次检查安全性时，可采用更高效的数据结构和算法来减少计算量。例如，使用哈希表来快速查找进程对资源的需求和分配情况，而不是通过遍历整个进程和资源列表。同时，可以根据实际场景对银行家算法进行简化，在保证不产生死锁的前提下，降低算法复杂度。
- 资源分配图算法中，可采用更高效的图检测算法，如深度优先搜索（DFS）的优化版本，减少检测环的时间复杂度。例如，在构建资源分配图时，记录每个顶点的访问状态，避免重复访问，提高检测效率。
- 调度策略优化：
- 优先级调度中，动态调整优先级时，可根据任务的实际执行情况和资源需求情况进行更细粒度的调整。例如，对于已经等待了较长时间的低优先级任务，可根据等待时间按比例提升优先级，而不是固定周期提升。这样可以在保证高优先级任务优先执行的同时，减少低优先级任务的饥饿时间。
- 有序资源分配法中，合理安排资源序号，尽量使资源请求顺序符合业务逻辑的执行顺序，减少不必要的资源等待时间。例如，对于网络编程中先进行连接建立（对应套接字资源），再进行数据传输（对应缓冲区资源）的逻辑，将套接字资源序号设置在缓冲区资源序号之前，提高资源分配的效率。