Java、子进程和未读输出流：什么时候会死锁？

Question

当使用 Runtime.exec() 在 java 中创建子进程时，我知道我必须填充输出流的输入/排出以防止阻塞子进程。

有趣的是，Process 的 javadoc 声明了更多一点：

...failure to promptly write the input stream or read the output stream of
the subprocess may cause the subprocess to block, and even deadlock.

我想知道在这种情况下子进程也可能死锁！

问题：
1、什么情况下会出现死锁？
2. 为什么会死锁？
3. 你能提供一个简短的示例程序来显示这个死锁吗？
4. 这个死锁是操作系统的错误吗？

Answer 1

当父进程在读取任何输出之前尝试向其子进程的输入流发送过多数据时，由于缓冲区大小有限，可能会发生死锁。

考虑以下代码：

final int LINES = 10;
// "tr" is a Unix command that translates characters;
// Here, for every line it reads, it will output a line with
// every 'a' character converted to 'A'.  But any command that outputs
// something for every line it reads (like 'cat') will work here
Process p = Runtime.getRuntime().exec("tr a A");
Writer out = new OutputStreamWriter(p.getOutputStream());
for (int i = 0; i < LINES; i++) {
    out.write("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz\n");
}
out.close();
// Read all the output from the process and write it to stdout
BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(p.getInputStream()));
String line;
while ((line = in.readLine()) != null) {
    System.out.println(line);
}

对于 lines 的较小值，它会正常工作；在我们开始读取之前，tr 的所有输出都可以放入操作系统缓冲区中。然而，对于较大的值（>10000 应该足够了），操作系统缓冲区将被填满；在 tr 命令中，对 write 的调用将被阻塞，等待缓冲区被耗尽，然后 Java 代码正在写入的缓冲区将被填满（因为 tr 被阻止，阻止它从输入中读取），进而阻止我们对 out.write 的调用，导致死锁两个进程都在等待写入未主动读取的已满缓冲区。

这种死锁并不是操作系统中的错误，因为进程间通信的缓冲区大小有限是经过深思熟虑的设计决策。替代方案（无限的缓冲区大小）有一些缺点：

• 可能会耗尽内核内存
• 为了避免上述情况，如果缓冲区自动“溢出”到磁盘，则可能导致性能不可预测，并可能填满磁盘。

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另外，进程内缓冲区也可能导致死锁。假设，为了尝试解决上述死锁，我们将 Java 代码更改为交替写入一行，然后读取一行。然而，Linux 进程在不直接写入终端时，通常不会在每一行后刷新< /a>.因此，tr 可能会读取一行，并将其写入其 libc 输出缓冲区，然后阻塞等待下一行被写入 - 而我们的 Java 代码将阻塞等待 tr 输出一行。

Answer 2

死锁总是涉及至少 2 个参与者。所以可能死锁的并不是子进程本身，而是父进程和子进程的组合。

举个例子：

子进程想要读取一行，处理它并打印结果。
父进程认为它可以首先从子进程读取输出，然后才向其提供输入。

结果：死锁，两个进程都在等待对方的输入。

因此，不，这不是操作系统中的错误，而是（父）进程中的逻辑错误。