如何解决死锁和锁失效等问题

解决 死锁 和 锁失效 需要从预防、检测和恢复三个方面入手： - 死锁：通过避免循环等待（如资源排序）、设置超时、检测并中断。 - 锁失效：通过续期机制、冗余锁（如 Redlock）或强一致性工具（如 Zookeeper）解决。

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关键事实

1. 死锁：
2. 定义：多个线程/进程互相等待对方释放锁，形成循环。
3. 条件：互斥、占有等待、不可抢占、循环等待。
4. 锁失效：
5. 定义：锁未正确持有（如过期、误删），导致互斥失败。
6. 场景：分布式锁超时、未续期。

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解决死锁

1. 避免循环等待（资源排序）

• 原理：对资源编号，按顺序获取锁，打破循环。
• 示例（Java）：

// 按资源 ID 顺序加锁
synchronized (resource1.compareTo(resource2) < 0 ? resource1 : resource2) {
    synchronized (resource1.compareTo(resource2) < 0 ? resource2 : resource1) {
        // 操作
    }
}

• Redis 分布式锁：多资源锁按 key 排序。

2. 设置超时

• 原理：锁获取失败时超时退出，避免无限等待。
• 示例（Redis）：

if (!lock(jedis, "lock:resource", clientId, 30000)) {
    throw new TimeoutException("Lock timeout"); // 30秒超时
}

• Java：Lock.tryLock(timeout)。

3. 检测与中断

• 原理：检测死锁后中断线程或回滚事务。
• 示例（Java）：
• 使用 ThreadMXBean 检测：

ThreadMXBean mxBean = ManagementFactory.getThreadMXBean();
long[] deadlockedThreads = mxBean.findDeadlockedThreads();
if (deadlockedThreads != null) {
    // 中断线程或记录日志
}

• 数据库：MySQL InnoDB 自动检测死锁并回滚。

4. 预防策略

• 减少锁粒度：锁小范围资源。
• 单一锁：避免多锁嵌套。

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解决锁失效

1. 锁续期（防超时失效）

• 问题：Redis 锁过期（如 30 秒），业务未完成，锁被他人获取。
• 解决：客户端定时续期。
• 实现（Redisson 示例）：

RLock lock = redisson.getLock("lock:resource");
lock.lock(30, TimeUnit.SECONDS); // 自动续期
// 业务逻辑
lock.unlock();

• 手动续期：

new Thread(() -> {
    while (locked) {
        jedis.pexpire("lock:resource", 30000); // 每 10 秒续期
        Thread.sleep(10000);
    }
}).start();

2. 防误删（原子解锁）

• 问题：Redis 锁被其他客户端误删。
• 解决：解锁时校验 value，用 Lua 脚本。
• 代码：

if redis.call("GET", KEYS[1]) == ARGV[1] then
    return redis.call("DEL", KEYS[1])
else
    return 0
end

3. 冗余锁（Redlock）

• 问题：单 Redis 节点故障，锁失效。
• 解决：Redlock 算法，多节点投票。
• 原理：
• 向 N 个 Redis 实例加锁，超过 N/2+1 成功则有效。
• 示例：5 节点，3 个成功即锁住。
• 实现：Redisson 支持 Redlock。

4. 强一致性替代

• 问题：Redis 锁是 AP 模型，弱一致性。
• 解决：用 Zookeeper（CP 模型）。
• 实现：
• 创建临时顺序节点，序号最小者获锁。
• 自动续期，无需手动处理。

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完整示例（Redis 锁）

public class SafeDistributedLock {
    private Jedis jedis = new Jedis("localhost", 6379);
    private String key = "lock:resource";
    private String clientId = UUID.randomUUID().toString();
    private volatile boolean locked = false;

    public boolean tryLock(int expireMs) {
        if ("OK".equals(jedis.set(key, clientId, "NX", "PX", expireMs))) {
            locked = true;
            startRenewal(expireMs); // 续期线程
            return true;
        }
        return false;
    }

    public void unlock() {
        if (!locked) return;
        String script = "if redis.call('GET', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('DEL', KEYS[1]) else return 0 end";
        jedis.eval(script, Collections.singletonList(key), Collections.singletonList(clientId));
        locked = false;
    }

    private void startRenewal(int expireMs) {
        new Thread(() -> {
            while (locked) {
                jedis.pexpire(key, expireMs);
                try { Thread.sleep(expireMs / 3); } catch (Exception e) {}
            }
        }).start();
    }
}

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延伸与面试角度

• 死锁预防：
• 数据库：缩短事务，优化查询。
• Java：ReentrantLock 替代 synchronized。
• 锁失效场景：
• Redis 主从切换，锁丢失。
• 网络抖动，续期失败。
• 性能对比：
• Redis：高性能，弱一致。
• Zookeeper：低性能，强一致。
• 实际应用：
• 秒杀：Redis 锁 + 续期。
• 任务调度：Zookeeper 锁。
• 面试点：
• 问“死锁条件”时，提四条件。
• 问“锁失效改进”时，提 Redlock 或 Zookeeper。

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总结

死锁通过资源排序、超时和检测解决；锁失效通过续期、原子解锁和冗余锁解决。Redis 锁用续期和 Lua 脚本优化，必要时用 Redlock 或 Zookeeper 替代。面试时，可写代码或提 Redisson，展示实践能力。