C++面試八股文之如何避免死鎖詳解

更新時(shí)間：2023年07月05日 08:40:35 作者：二進(jìn)制架構(gòu)

在C++中，鎖（Lock）是一種同步工具，用于保護(hù)共享資源，防止多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)，那么如何避免死鎖的情況出現(xiàn)呢，下面就為大家簡(jiǎn)單講講

某日二師兄參加X(jué)XX科技公司的C++工程師開(kāi)發(fā)崗位第31面：

面試官：什么是鎖？有什么作用？

二師兄：在C++中，鎖（Lock）是一種同步工具，用于保護(hù)共享資源，防止多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)，從而避免數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)和不一致。

面試官：有哪些鎖？

二師兄：從種類上分，可以分為普通鎖、讀寫(xiě)鎖、遞歸鎖等種類。

二師兄：從實(shí)現(xiàn)上分，可以分為互斥鎖、自旋鎖、信號(hào)量、條件變量等。

面試官：互斥鎖如何使用？

二師兄：在C++11之前，C++便準(zhǔn)層面并沒(méi)有定義鎖，鎖的應(yīng)用要依賴于平臺(tái)。Linux下使用pthread庫(kù)中的mutex；

#include <pthread.h>
pthread_mutex_t mutex_ = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_lock(&mutex_);
//被保護(hù)的區(qū)域
pthread_mutex_unlock(&mutex_);

二師兄：C++11引入了std::mutex，統(tǒng)一了各個(gè)平臺(tái)上互斥鎖的使用：

#include <mutex>
std::mutex mutex_;
mutex_.lock();
//被保護(hù)的區(qū)域
mutex_.unlock();

面試官：pthread_mutex和std::mutex有沒(méi)有非阻塞的api？

二師兄：有的，分別是pthread_mutex_trylock()和try_lock()，當(dāng)獲取不到鎖時(shí)這兩者并不阻塞當(dāng)前線程，而是立即返回。需要注意的是，當(dāng)pthread_mutex_trylock()獲取到鎖時(shí)返回0，而std::mutex::try_lock()方法獲取不到鎖時(shí)返回false。

面試官：std::lock_guard和std::unique_lock用過(guò)嗎？

二師兄：用過(guò)。

面試官：兩者有什么相同點(diǎn)和不同點(diǎn)？

二師兄：相同點(diǎn)是兩者都使用RAII（資源獲取即初始化）技術(shù)實(shí)現(xiàn)的鎖，支持自動(dòng)上鎖，自動(dòng)解鎖。

二師兄：不同點(diǎn)主要包括三個(gè)方面：

1.靈活性：std::unqiue_lock的靈活性要高于std::lock_gurad，std::unique_lock可以在任何時(shí)間解鎖和鎖定，而std::lock_guard在構(gòu)造時(shí)鎖定，在析構(gòu)時(shí)解鎖，不能手動(dòng)控制。

2.所有權(quán)：std::unique_lock支持所有權(quán)轉(zhuǎn)移，而std::lock_gurad不支持。

3.性能：由于std::unique_lock的靈活性更高，它的性能可能會(huì)稍微低一些。

面試官：能實(shí)現(xiàn)一個(gè)lock_gurad嗎？

二師兄：我嘗試一下：

class lock_guard
{
    explicit lock_guard(std::mutex& m):mutex_(m)
    {
        mutex_.lock();
    }
    ~lock_guard()
    {
        mutex_unlock();
    }
private:
    std::mutex& mutex_;
};

面試官：為什么會(huì)發(fā)生死鎖？

二師兄：當(dāng)進(jìn)程A持有鎖1請(qǐng)求鎖2，進(jìn)程B持有鎖2請(qǐng)求鎖1時(shí)，兩者都不會(huì)釋放自己的鎖，兩者都需要對(duì)方的鎖，就會(huì)造成死鎖。當(dāng)然現(xiàn)實(shí)中可能比這要復(fù)雜，但原理是相同的。

面試官：如何避免死鎖？

二師兄：主要從以下幾個(gè)方面入手：

1.避免循環(huán)等待，如果需要在業(yè)務(wù)中獲取不同的鎖，保證所有業(yè)務(wù)按照相同的順序獲取鎖。

2.使用超時(shí)鎖，當(dāng)鎖超時(shí)時(shí)，自動(dòng)釋放鎖。

3.使用try_lock，當(dāng)鎖被占用時(shí)，返回false并繼續(xù)執(zhí)行。

4.鎖的粒度盡量要小，只保護(hù)竟態(tài)數(shù)據(jù)而不是整個(gè)流程。

面試官：知道adopt_lock_t/defer_lock_t/try_to_lock_t這三種類型的用法嗎？

二師兄：額。。不知道。。

面試官：好的，回去等通知吧。

讓我們來(lái)看看最后一個(gè)問(wèn)題：

知道adopt_lock_t/defer_lock_t/try_to_lock_t這三種類型的用法嗎？

adopt_lock_t/defer_lock_t/try_to_lock_t都是空類，主要表示std::lock_gurad和std::unqiue_lock的默認(rèn)構(gòu)造中的操作：

adopt_lock_t：默認(rèn)互斥量已被當(dāng)前線程鎖定，不使用lock()方法對(duì)互斥量加鎖：

std::mutex mtx_;
mtx_.lock();	//lock
{
    std::lock_guard<std::mutex> lock_(mtx_,std::adopt_lock);	//這里默認(rèn)當(dāng)前線程已經(jīng)對(duì)mtx_加過(guò)鎖
    ...
}//unlock

defer_lock_t：雖然我擁有了std::mutex的引用，但是在構(gòu)造函數(shù)中并不調(diào)用lock()方法對(duì)互斥量加鎖：

std::mutex mtx_;
{
    std::unique_lock<std::mutex> ulock_(mtx_,std::defer_lock);	//這里并沒(méi)有加鎖
    ulock_.lock();
    if(ulock_.owns_lock())
    {
		//locked
    }else
    {
		//unlocked
    }
}//if locked,unlock

try_to_lock_t：在構(gòu)造函數(shù)執(zhí)行是并不是使用lock()方法加鎖，而是使用try_lock()方法加鎖：

std::mutex mtx_;
{
    std::unique_lock<std::mutex> ulock_(mtx_,std::try_to_lock);	//這里mtx_如果沒(méi)有被鎖定，則加鎖成功，否則加鎖失敗
    if(ulock_.owns_lock())
    {
		//locked
    }else
    {
		//unlocked
    }
}//if locked,unlock

adopt_lock_t可以用于std::lock_gurad和std::unique_lock，而defer_lock_t/try_to_lock_t只能用于std::unique_lock。

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