并发程序中缺陷的类型
- 非死锁缺陷
- 死锁缺陷
在 2008 年发表的 Learning from Mistakes — A Comprehensive Study on Real
World Concurrency Bug Characteristics 论文中，进行了详细的说明
通过知名的开源软件已知的并发问题统计，发现出错最多的是非死锁缺陷
非死锁缺陷
主要有两种常见的：违反原子性、错误顺序缺陷
违反原子性缺陷
第一个线程检查 proc_info 非空后打印，第二个线程将 proc_info 指针置为 NULL， 现在当第一个线程进入非空判断后(line:2)，发生中断，时间片轮转到第二个线程将 proc_info 指针置为NUll， 显然这样会照成引用空指针，最后程序崩溃，显然这不是我们像要的。
什么是原子性？要么一致，要么不一致。
定义引出：由上面的问题，我们可以定义这类问题，即 if 判断应该和代码块内部保持一致。 即代码段本意是原子的（整块执行），但在执行中并没有强制实现原子性。
如何修复？我们只需要给共享变量的访问加上锁，确保每个线程获取 proc_info 时，只有一个，就像下面这样
违反顺序缺陷
观察上面的代码，如果线程 1 并没有首先执行，线程 2 就会引用空指针异常
我们希望的是线程 1 创建完毕后，线程 2 读取到 mThread 的 State 值
因此违反顺序缺陷的定义是 “ 两个内存访问的预期顺序 被打破了（即 A 应该在 B 之前执 行，但是实际运行中却不是这个顺序）”
如何修复呢？我们可以通过 条件变量 来强制保持顺序访问
在这段代码中，我们添加的 mtLock 锁来控制访问 mtInit 变量(line:11)以及条件变量 mtCond ，通过 mtInit 来判断是否需要放入(line:23) 条件变量队列中， 关于条件变量（这里你可以简单的理解为一个队列），wait 是等待并入队，signal 则是唤醒并出队。 这样我们的代码也就保证的顺序性
在论文的研究中发现，97% 非死锁问题 是违反原子性与违反顺序，因此我们应该着重关注这些问题。
死锁缺陷
一个经典的死锁案例
线程 1 Lock(L1) Lock(L2)，线程 2 Lock(L2) Lock(L1), 当线程 1 占有锁 L1，发生上下文切换到 线程 2， 线程 2 锁住了 L2，当试图锁住 L1时，发现 线程 1 已经持有 L1，而线程 1 并没有释放锁 L1，所以发生了死锁
为什么会发生死锁？ 我们发现上述情况是互相依赖对方的锁，当对方互相占有锁时，双方都没办法释放，很重要的原因是锁的顺序
另外一种情况是封装，例如在Java Vector类中的 AddAll() 方法
Vector v1, v2;
v1.AddAll(v2);
因为在内部需要保证线程安全，v1 v2的锁都需要获取，假设 AddAll 方法，先给v1 上锁，再给 v2 上锁，同时此刻有另外一个线程在调用 v2.AddAll(v1), 那么此时就有可能照成死锁，所以封装会屏蔽一些信息，我们要确保小心的使用封装的方法，并且要考虑会出现的情况。
产生死锁的 4 个条件（如果这 4 个条件的任何一个没有满足，死锁就不会产生）
- 互斥：线程对于需要的资源进行互斥的访问（例如一个线程抢到锁）。
- 持有并等待：线程持有了资源（例如已将持有的锁），同时又在等待其他资源（例如，需要获得的锁）。
- 非抢占：线程获得的资源（例如锁），不能被抢占
- 循环等待：线程之间存在一个环路，环路上每个线程都额外持有一个资源，而这 个资源又是下一个线程要申请的。
循环等待
预防此问题，最实用的方法则是获取锁时是全序（total ordering）的，假设有两个锁 L1、L2，线程 1 获取 L1、L2 锁，线程 2 获取 L1、L2 锁， 按照顺序的获取锁，就不会在产生此问题了
当然顺序获取在复杂应用中（很多锁的情况），就不在这么适用了，另外一种则是偏序（partial ordering），偏序也是全序只不过用了比较大小的方式进行先后顺序的获取
这里使用到了地址高低位的技巧来保证锁的顺序，从而避免了死锁，Linux 中的内存映射就是一个偏序锁的好例子
持有并等待
死锁的持有并等待条件，可以通过原子地抢锁来避免。
由于在拿到 prevention 锁之后，线程不会产生切换，从而避免的死锁， 任何其他的线程想要访问 L1、L2 都必须通过 拿到 prevention（全局锁）后才能执行。 其实就是在获取锁时，保证只有一个线程进入，但也降低了并发
非抢占
在调用 unlock 之前，锁是被占有的，在获取 L1 锁后，我们尝试获取 L2，如果获取失败我们就会释放 L1 锁， 并重新执行，确保一次性拿到 L1 和 L2锁。其实也是避免依赖，在获取 L2 锁时，失败就重来。
这种情况下会导致活锁，两个线程有可能一直重复，又同时都抢锁失败，这种情况下，系统一直在运行这段代码
互斥
最后的方法是，避免互斥的存在，如果没有互斥，依赖也就不复存在了，那么怎么样才能保证程序的正常，又避免互斥呢？
想法很简单：通过强大的硬件指令，我们可以构造出不需要锁的数据结构，例如比较并交换（compare-and-swap）CAS（网上很多资料不在赘述）， 虽然避免了死锁，但有可能产生活锁
通过调度避免死锁
除了死锁预防，某些场景更适合死锁避免（avoidance）。在使用之前我们需要了解全局的信息，包 括不同线程在运行中对锁的需求情况，从而使得后续的调度能够避免产生死锁
只要避免 T1 T2 重叠就能避免死锁
检查和恢复
最后一种也就是重启大法，如果一个操作系统一年死机一次，你会重启系统，然后继续愉快的使用。
提示：不要总是完美（ TOM WEST 定律），不是所有值得做的事情都值得做好，如果坏事很少发生，并且造成的影响很小，那么我们不应该去花费大 量的精力去预防它
总结
并发程序中缺陷的类型，大致分为两类：非死锁缺陷、死锁缺陷
产生死锁的 4 个条件：互斥（CAS避免）、持有并等待（全局锁保证原子执行）、非抢占（trylock）、循环等待（顺序的获取锁）
通过在实际项目中统计总结出并发的缺陷，进行分类，以及产生的原因，进而避免这类问题的发生。
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