面试题：在复杂的Python多线程项目中，如何设计一套全面的死锁检测和恢复机制？

Question

在一个涉及大量多线程交互，且业务逻辑复杂的Python项目里，阐述你将如何设计一套完整的死锁检测机制，不仅能实时发现死锁，还需包含相应的恢复策略，使系统在发生死锁后能够自动恢复正常运行。请详细描述该机制的架构设计、关键算法以及代码实现思路（无需完整代码，但核心部分伪代码描述清晰）。

Answer 1

架构设计

1. 监控模块：负责定期检查线程状态，收集线程的锁持有和等待信息。
2. 检测模块：依据监控模块收集的数据，使用特定算法检测是否存在死锁。
3. 恢复模块：一旦检测到死锁，执行恢复策略，使系统恢复正常运行。

关键算法

1. 资源分配图算法：将线程和锁视为节点，线程对锁的请求和持有关系视为边，构建资源分配图。通过算法（如深度优先搜索）检测图中是否存在环，若存在环则表明可能存在死锁。
2. 超时检测：为每个锁请求设置超时时间，如果线程等待锁的时间超过该超时时间，认为可能出现死锁。

代码实现思路

1. 监控模块

import threading
import time

lock_monitor = {}
def monitor_locks():
    while True:
        for thread in threading.enumerate():
            if hasattr(thread, 'lock_held'):
                for lock in thread.lock_held:
                    lock_monitor.setdefault(lock, []).append(thread)
            if hasattr(thread, 'lock_waiting'):
                for lock in thread.lock_waiting:
                    lock_monitor.setdefault(lock, []).append(None)
        time.sleep(1) # 定期检查

2. 检测模块

def detect_deadlock():
    # 构建资源分配图
    graph = {}
    for lock, threads in lock_monitor.items():
        for i, thread in enumerate(threads):
            if thread is None:
                continue
            if thread not in graph:
                graph[thread] = []
            for other_thread in threads[:i] + threads[i+1:]:
                if other_thread is not None:
                    graph[thread].append(other_thread)
    # 使用深度优先搜索检测环
    visited = set()
    recursion_stack = set()
    def is_cyclic(node):
        visited.add(node)
        recursion_stack.add(node)
        for neighbor in graph.get(node, []):
            if neighbor not in visited:
                if is_cyclic(neighbor):
                    return True
            elif neighbor in recursion_stack:
                return True
        recursion_stack.remove(node)
        return False
    for thread in graph:
        if thread not in visited:
            if is_cyclic(thread):
                return True
    return False

3. 恢复模块

def recover_from_deadlock():
    # 简单恢复策略，终止死锁线程
    for thread in threading.enumerate():
        if hasattr(thread, 'is_deadlocked') and thread.is_deadlocked:
            thread.terminate() # 实际中需要合适的终止方法