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多線程入門系列（十）：死鎖原理與避免策略

編輯：關於C#

21.7 死鎖

本系列面向初學者，歡迎批評指教。程式碼涉及委派概念。

死鎖四個必要條件（Coffman Conditions）

互斥：資源一次只能被一個線程佔用。
佔有並等待：線程持有資源同時請求新資源。
非搶佔：資源只能由持有者釋放，不可強制搶佔。
循環等待：形成線程-資源循環鏈（T1→R1→T2→R2→T1）。

四條件同時滿足必發生死鎖；破壞任一條件即可避免。

經典死鎖範例

using System;
using System.Threading;

class DeadlockDemo
{
    static object lockA = new object();
    static object lockB = new object();
    
    static void Main()
    {
        Thread t1 = new Thread(Thread1Work);
        Thread t2 = new Thread(Thread2Work);
        t1.Start();
        t2.Start();
        t1.Join();
        t2.Join();
        Console.WriteLine("程式結束（若發生死鎖永不會執行到這裡）");
    }
    
    static void Thread1Work()
    {
        lock (lockA)
        {
            Console.WriteLine("線程 1 取得 lockA");
            Thread.Sleep(100); // 增加死鎖機率
            lock (lockB)
            {
                Console.WriteLine("線程 1 取得 lockB");
            }
        }
    }
    
    static void Thread2Work()
    {
        lock (lockB)
        {
            Console.WriteLine("線程 2 取得 lockB");
            Thread.Sleep(100);
            lock (lockA)
            {
                Console.WriteLine("線程 2 取得 lockA");
            }
        }
    }
}

避免死鎖策略

策略	對應破壞條件	做法
固定鎖順序	循環等待	所有線程按相同順序取得鎖（如先 lockA 再 lockB）
鎖超時機制	佔有並等待	使用 `Monitor.TryEnter(timeout)`，超時則釋放已持有鎖並重試
避免巢狀鎖	佔有並等待	重構程式碼，減少同時持有多個鎖的情況
使用較高層級同步	多重條件	改用 `SemaphoreSlim`、`ReaderWriterLockSlim`、`Concurrent` 集合等
死鎖偵測	事後處理	定期檢查線程等待圖，發現循環則中斷（複雜，較少用）

固定鎖順序改良版

static void Thread2Work_Fixed()
{
    // 統一按 lockA → lockB 順序
    lock (lockA)
    {
        Console.WriteLine("線程 2 取得 lockA");
        Thread.Sleep(100);
        lock (lockB)
        {
            Console.WriteLine("線程 2 取得 lockB");
        }
    }
}

Monitor.TryEnter 超時範例

static void SafeWork()
{
    bool gotA = false, gotB = false;
    try
    {
        gotA = Monitor.TryEnter(lockA, 1000);
        if (!gotA) { Console.WriteLine("取得 lockA 超時"); return; }
        
        gotB = Monitor.TryEnter(lockB, 1000);
        if (!gotB) { Console.WriteLine("取得 lockB 超時"); return; }
        
        // 臨界區程式碼
    }
    finally
    {
        if (gotB) Monitor.Exit(lockB);
        if (gotA) Monitor.Exit(lockA);
    }
}