死锁

死锁究竟是什么？

死锁是指一个任务开始等待某个永远不会发生的事件，从而导致其无法继续执行的状态。

操作系统通过多处理和多任务机制来完成进程和任务，并提升工作效率。当两个或多个进程并发运行并相互阻塞对方的执行路径时，这种状态就被称为死锁。

换句话说，死锁是一种进程无法继续推进的状态，因为它无法获得所需的资源。

判定死锁发生的四个必要条件如下：

• 资源在同一时间只能被一个进程使用，即资源具有排他性。
• 每个进程都持有某些资源，同时又在等待另一个进程所持有的资源。
• 进程在完成执行前不会主动释放已占有的资源。
• 所有涉及的进程形成一条等待链，每个进程所持有的资源恰好是下一个进程所请求的。

通过示例理解死锁

我们通过一个简单的例子来理解死锁。

示例 1

假设有两个进程（进程 A 和进程 B）同时运行：

1process A {
2     更新变量 x
3     更新变量 y
4}
5
6process B {
7     更新变量 y
8     更新变量 x
9}

由于两个进程并发执行，进程 A 会先获取变量 x 的锁，而进程 B 会先获取变量 y 的锁。

此时，因为进程 B 已经持有了变量 y 的锁，进程 A 无法继续获取 y 的锁；同理，进程 A 持有 x 的锁，导致进程 B 也无法继续获取 x 的锁。于是两个进程陷入互相等待的状态——即死锁。双方都无法继续执行，将无限期地等待对方释放资源。

示例 2

考虑银行账户之间转账的场景：假设用户 A 正在向用户 B 的账户转账金额 x，与此同时，用户 B 也在向用户 A 的账户转账金额 y。

为了保证数据一致性，线程1需要先对用户 A 的账户加锁，线程2需要对用户 B 的账户加锁。接着，在完成转账前，线程1还需获取用户 B 账户的锁，线程2也需获取用户 A 账户的锁。

但此时，线程1尝试获取用户 B 账户的锁时发现已被线程2持有；而线程2在尝试获取用户 A 账户的锁时，也发现已被线程1占用。结果就是两个线程彼此等待对方释放锁，造成死锁，导致程序无法继续推进。

Go语言中的死锁

下面我们通过几个 Go 语言的例子进一步理解死锁。代码中使用的通道（channel）没有缓冲区（即容量为0）。如果向该通道发送值，但没有其他 goroutine 来接收，则会触发死锁错误。

因发送方导致的死锁

1package main
2
3func main() {
4	goChannel := make(chan int)
5	goChannel <- 1
6}

上述代码会产生如下错误：

1fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
2
3goroutine 1 [chan send]:
4main.main()
5    /usercode/main.go:5 +0x59
6exit status 2

由于没有其他 goroutine 来接收这个发送的值（系统中没有任何可运行的协程来推动程序进展），程序崩溃并报告死锁。

因接收方导致的死锁

1package main
2
3func main() {
4	goChannel := make(chan int)
5	<-goChannel
6}

上述代码会产生如下错误：

1fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
2
3goroutine 1 [chan receive]:
4main.main()
5    /usercode/main.go:5 +0x4f
6exit status 2

主 goroutine 被阻塞。由于该通道的缓冲区大小为零，无法暂存任何值，因此它会一直等待有其他 goroutine 向通道发送数据。但由于没有任何发送操作，程序永远无法继续执行，最终触发死锁错误。

操作系统与Go语言中死锁的相似性

操作系统中的死锁与 Go 语言中的死锁有何相似之处？在操作系统中，死锁通常由资源竞争引起；而在 Go 中，我们并不直接管理传统意义上的“资源分配”。

那么两者为何仍称为“死锁”？根本原因在于：死锁的本质是系统无法继续推进。在 Go 中，如果没有其他 goroutine 接收或发送数据，当前 goroutine 就会永久阻塞，程序无法取得任何进展，这正是死锁的表现。

当程序中所有 goroutine 都处于阻塞状态时，Go 运行时调度器会检测到这一点：它无法调度任何可运行的协程，于是判断系统已进入死锁状态，并抛出相应的错误。

在报告死锁之前，Go 调度器会检查是否存在任何就绪或正在等待特定事件的 goroutine。如果有，就会继续执行；否则，确认无任何进展可能后，便上报死锁错误。