C++并发编程：如何识别和解决死锁问题？

在 c++++ 并发编程中，死锁问题发生在一或多个线程无限期等待其他线程释放资源时，导致程序挂起。我们可以使用 std::lock_guard 和 std::unique_lock 实现死锁检测，如果发生死锁，会抛出 std::system_error 异常。解决死锁的方法包括按顺序获取锁、使用计时锁和死锁恢复算法。

C++ 并发编程：如何识别和解决死锁问题

理解死锁

死锁是一种并发编程中常见的错误，它发生在一个或多个线程无限期等待被其他线程释放的资源时。这种情况会导致程序永远挂起。

为了理解死锁，请考虑以下场景：

• 线程 A 持有资源 R1，并尝试获取资源 R2。
• 线程 B 持有资源 R2，并尝试获取资源 R1。

如果此时两个线程都进入等待状态，等待对方释放资源，就会发生死锁。

检测死锁

在 C++ 中，我们可以使用 std::lock_guard 和 std::unique_lock 这样的锁保护资源。这些锁实现了死锁检测机制，如果检测到死锁，会抛出 std::system_error 异常。

我们可以通过捕捉此异常来检测死锁：

std::mutex m1;
std::mutex m2;

void foo() {
  // 获取锁
  std::lock_guard<std::mutex> lock1(m1);
  std::lock_guard<std::mutex> lock2(m2);

  // 其他操作...
}

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int main() {
  try {
    foo();
  } catch (const std::system_error& e) {
    std::cerr << "死锁检测到：异常代码 " << e.code() << std::endl;
  }
}

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如果在运行此程序时发生死锁，我们会打印错误消息。

解决死锁

一旦检测到死锁，就需要解决它。以下是一些常见的解决方案：

• 按顺序获取锁：通过强制以特定顺序获取锁（例如，始终先获取 R1，然后获取 R2），可以防止死锁。
• 使用计时锁：计时锁会在一段时间后超时，迫使线程释放资源。
• 死锁恢复算法：使用专门的算法，比如银行家算法，可以检测和恢复死锁。

实战案例

考虑以下代码，它在两个线程之间共享一个银行账户对象：

class BankAccount {
public:
  int balance;
  std::mutex m;
};

void withdraw(BankAccount& account, int amount) {
  std::lock_guard<std::mutex> lock(account.m);
  if (account.balance >= amount)
    account.balance -= amount;
}

void deposit(BankAccount& account, int amount) {
  std::lock_guard<std::mutex> lock(account.m);
  account.balance += amount;
}

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如果两个线程同时调用 withdraw 和 deposit 函数，可能会发生死锁。我们可以通过按顺序获取锁来解决这个问题：

void withdraw(BankAccount& account, int amount) {
  std::lock_guard<std::mutex> lock(account.m);
  if (account.balance >= amount)
    account.balance -= amount;
}

void deposit(BankAccount& account, int amount) {
  std::lock_guard<std::mutex> lock(account.m);
  account.balance += amount;
}

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以上就是C++并发编程：如何识别和解决死锁问题？的详细内容，更多请关注叮当号网其它相关文章！