阿里-测试开发面经（三）

一、什么是死锁

死锁是指多个进程因竞争资源而造成的一种僵局（互相等待），若无外力作用，这些进程都将无法向前推进。例如，在某一个计算机系统中只有一台打印机和一台输入 设备，进程P1正占用输入设备，同时又提出使用打印机的请求，但此时打印机正被进程P2 所占用，而P2在未释放打印机之前，又提出请求使用正被P1占用着的输入设备。这样两个进程相互无休止地等待下去，均无法继续执行，此时两个进程陷入死锁状态。

二、死锁产生的原因

1. 系统资源的竞争

系统资源的竞争导致系统资源不足，以及资源分配不当，导致死锁。

2. 进程运行推进顺序不合适

进程在运行过程中，请求和释放资源的顺序不当，会导致死锁。

三、死锁的四个必要条件

互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用，即在一段时间内某 资源仅为一个进程所占有。此时若有其他进程请求该资源，则请求进程只能等待。

请求与保持条件：进程已经保持了至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源 已被其他进程占有，此时请求进程被阻塞，但对自己已获得的资源保持不放。

不可剥夺条件:进程所获得的资源在未使用完毕之前，不能被其他进程强行夺走，即只能 由获得该资源的进程自己来释放（只能是主动释放)。

循环等待条件: 若干进程间形成首尾相接循环等待资源的关系

这四个条件是死锁的必要条件，只要系统发生死锁，这些条件必然成立，而只要上述条件之一不满足，就不会发生死锁。

四、 死锁的避免与预防

1. 死锁避免

死锁避免的基本思想：系统对进程发出的每一个系统能够满足的资源申请进行动态检查，并根据检查结果决定是否分配资源，如果分配后系统可能发生死锁，则不予分配，否则予以分配，这是一种保证系统不进入死锁状态的动态策略。 

如果操作系统能保证所有进程在有限时间内得到需要的全部资源，则系统处于安全状态否则系统是不安全的。

安全状态是指：如果系统存在所有的安全序列{P1，P2，…Pn},则系统处于安全状态。一个进程序列是安全的，如果对其中每一个进程Pi(i >=1 && i <= n)他以后尚需要的资源不超过系统当前剩余资源量与所有进程Pj(j < i)当前占有资源量之和，系统处于安全状态则不会发生死锁。

不安全状态：如果不存在任何一个安全序列，则系统处于不安全状态。他们之间的对对应关系如下图所示：

下面我们来通过一个例子对安全状态和不安全状态进行更深的了解 

如上图所示系统处于安全状态，系统剩余3个资源，可以把其中的2个分配给P3，此时P3已经获得了所有的资源，执行完毕后还能还给系统4个资源，此时系统剩余5个资源所以满足（P2所需的资源不超过系统当前剩余量与P3当前占有资源量之和），同理P1也可以在P2执行完毕后获得自己需要的资源。 

如果P1提出再申请一个资源的要求，系统从剩余的资源中分配一个给进程P1，此时系统剩余2个资源，新的状态图如下：那么是否仍是安全序列呢那我们来分析一下 

系统当前剩余2个资源，分配给P3后P3执行完毕还给系统4个资源，但是P2需要5个资源，P1需要6个资源，他们都无法获得资源执行完成，因此找不到一个安全序列。此时系统转到了不安全状态。

2. 死锁预防

我们可以通过破坏死锁产生的4个必要条件来 预防死锁，由于资源互斥是资源使用的固有特性是无法改变的。

破坏“不可剥夺”条件：一个进程不能获得所需要的全部资源时便处于等待状态，等待期间他占有的资源将被隐式的释放重新加入到 系统的资源列表中，可以被其他的进程使用，而等待的进程只有重新获得自己原有的资源以及新申请的资源才可以重新启动，执行。

破坏”请求与保持条件“：第一种方法静态分配即每个进程在开始执行时就申请他所需要的全部资源。第二种是动态分配即每个进程在申请所需要的资源时他本身不占用系统资源。

破坏“循环等待”条件：采用资源有序分配其基本思想是将系统中的所有资源顺序编号，将紧缺的，稀少的采用较大的编号，在申请资源时必须按照编号的顺序进行，一个进程只有获得较小编号的进程才能申请较大编号的进程。

宏观：

1.缓存。在持久层或持久层之上做缓存。从数据库中查询出来的数据先放入缓存中，下次查询时，先访问缓存。假设未命中则查询数据库。

2.表分区和拆分.不管是业务逻辑上的拆分还是无业务含义的分区。

3.提高磁盘速度.这包含RAID和其它磁盘文件分段的处理。基本的思想是提高磁盘的并发度（多个物理磁盘存放同一个文件）。

微观：

表设计方面：

1.字段冗余.降低跨库查询和大表连接操作。

2.数据库表的大字段剥离.保证单条记录的数据量非常小。

3.恰当地使用索引, 甚至是多级索引。

查询优化方面：

2.应尽量避免在 where 子句中对字段进行 null 值推断，否则将导致引擎放弃使用索引而进行全表扫描，如：

select id from t where num is null

能够在num上设置默认值0，确保表中num列没有null值。然后这样查询：

select id from t where num=0

3.应尽量避免在 where 子句中使用!=或<>操作符。否则将引擎放弃使用索引而进行全表扫描。

4.应尽量避免在 where 子句中使用 or 来连接条件，否则将导致引擎放弃使用索引而进行全表扫描，如：

select id from t where num=10 or num=20能够这样查询：

select id from t where num=10 union all select id from t where num=20

5.in 和 not in 也要慎用，否则会导致全表扫描。如：

select id from t where num in(1,2,3)

对于连续的数值，能用 between 就不要用 in 了：

select id from t where num between 1 and 3

6.以下的查询也将导致全表扫描：

select id from t where name like '%abc%' 若要提高效率，能够考虑全文检索。

7.索引并非越多越好，索引固然能够提高对应的 select 的效率，但同一时候也减少了 insert 及 update 的效率，由于 insert 或 update 时有可能会重建索引。所以如何建索引需要谨慎考虑，视详细情况而定。一个表的索引数最好不要超过6个。若太多则应考虑一些不常使用到的列上建的索引是否有 必要。

8.尽量使用数字型字段，若仅仅含数值信息的字段尽量不要设计为字符型，这会减少查询和连接的性能，并会添加存储开销。这是由于引擎在处理查询和连接时会逐个比較字符串中每个字符，而对于数字型而言仅仅需要比較一次就够了。

9.不论什么地方都不要使用 select * from t ，用详细的字段列表取代“*”，不要返回用不到的不论什么字段。

10.避免频繁创建和删除暂时表，以降低系统表资源的消耗。

如何优化数据库，如何提高数据库的性能?

        1） 硬件调整性能 

    最有可能影响性能的是磁盘和网络吞吐量,解决办法扩大虚拟内存，并保证有足够可以扩充的空间；把数据库服务器上的不必要服务关闭掉；把数据库服务器和主域服务器分开；把SQL数据库服务器的吞吐量调为最大；在具有一个以上处理器的机器上运行SQL。

        2）调整数据库

    若对该表的查询频率比较高，则建立索引；建立索引时，想尽对该表的所有查询搜索操作， 按照where选择条件建立索引，尽量为整型键建立为有且只有一个簇集索引，数据在物理上按顺序在数据页上，缩短查找范围，为在查询经常使用的全部列建立非簇集索引，能最大地覆盖查询；但是索引不可太多，执行UPDATE DELETE INSERT语句需要用于维护这些索引的开销量急剧增加；避免在索引中有太多的索引键；避免使用大型数据类型的列为索引；保证每个索引键值有少数行。

        3）使用存储过程

    应用程序的实现过程中，能够采用存储过程实现的对数据库的操作尽量通过存储过程来实现，因为存储过程是存放在数据库服务器上的一次性被设计、编码、测试，并被再次使用，需要执行该任务的应用可以简单地执行存储过程，并且只返回结果集或者数值，这样不仅可以使程序模块化，同时提高响应速度，减少网络流量，并且通过输入参数接受输入，使得在应用中完成逻辑的一致性实现。