c++多线程之死锁

什么是死锁？
死锁 (deallocks)： 是指两个或两个以上的进程（线程）在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程（线程）称为死锁进程（线程）。
我们举个例子来描述，如果此时有一个线程A，按照先锁a，再锁b,而在此同时又有另外一个线程B，按照先锁b再锁a的顺序获得锁。如下图所示：

就如图这种情况下，线程A在等待锁b，可是锁b被锁住了，所以此时不能往下进行，需要等待锁b释放，而线程B先是锁住了锁b,在等待锁a的释放，这样就造成了线程A等线程B,线程B等待线程A,从而出现了死锁。

产生死锁的原因？

1）系统资源不足；

2）进程（线程）推进的顺序不恰当；

3）资源分配不当。

如果系统资源充足，进程的资源请求都能够得到满足，死锁出现的可能性就很低，否则就会因争夺有限的资源而陷入死锁；其次，进程运行推进顺序与速度不同，也可能产生死锁。

死锁的形成场景：

1）忘记释放锁：在申请锁和释放锁之间直接return

2）单线程重复申请锁：一个线程，刚出临界区，又去申请资源。

3）多线程多锁申请：两个线程，两个锁，他们都已经申请了一个锁了，都想申请对方的锁

4）环形锁的申请：多个线程申请锁的顺序形成相互依赖的环形

死锁产生的4个必要条件？
产生死锁的必要条件：

1. 互斥条件：进程要求对所分配的资源进行排它性控制，即在一段时间内某资源仅为一进程所占用。
2. 请求和保持条件：当进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
3. 不剥夺条件：进程已获得的资源在未使用完之前，不能剥夺，只能在使用完时由自己释放。
4. 环路等待条件：在发生死锁时，必然存在一个进程–资源的环形链。

解决死锁的基本方法
既然已经知道了形成死锁的条件，那么我们就从这几个条件入手就行，比如：
a.一次性分配完所有资源，这样就不会再有请求了：（破坏请求条件）
b.当进程阻塞时，释放所持有的资源（破坏请保持条件）
c.资源有序分配法：系统给每类资源赋予一个编号，每一个进程按编号递增的顺序请求资源，释放则相反（破坏环路等待条件）

1、以确定的顺序获得锁
如果必须获取多个锁，那么在设计的时候需要充分考虑不同线程之前获得锁的顺序。按照上面的例子，两个线程获得锁的时序图如下：

如果此时把获得锁的时序改成：

那么死锁就永远不会发生。

2、超时放弃

该方法可以按照固定时长等待锁，线程可以在获取锁超时以后，主动释放之前已经获得的所有的锁。通过这种方式，也可以很有效地避免死锁。 还是按照之前的例子，时序图如下：

解除死锁的方法
当发现有进程死锁后，便应立即把它从死锁状态中解脱出来，常采用的方法有：

1. 剥夺资源：从其它进程剥夺足够数量的资源给死锁进程，以解除死锁状态；
2. 撤消进程：可以直接撤消死锁进程或撤消代价最小的进程，直至有足够的资源可用，死锁状态.消除为止；所谓代价是指优先级、运行代价、进程的重要性和价值等。

接下来看看代码对于死锁的演示：

class JackTang
{

public:
	int number;
	JackTang(int a) :number(a)
	{		
	}

	JackTang(const JackTang &obj)
	{
		number = obj.number;
		
	}
	~JackTang()
	{
		
	}

	void consumer()
	{
		for (int i = 0; i < 10000;i++)
		{
			m_utex2.lock();
			//处理某些任务...
			m_utex1.lock();
			
			if (!m_que.empty())
			{
				cout << "取出元素:" << m_que.front() << endl;
				m_que.pop();
			}
			
			m_utex2.unlock();
			m_utex1.unlock();
		}
	}

	void productor()
	{
		for (int i = 1; i < 10000;i++)
		{
			m_utex1.lock();
			//处理某些任务...
			m_utex2.lock();


			m_que.push(i);
			cout << "插入元素:" << i << endl;
			
			m_utex2.unlock();
			m_utex1.unlock();
			
		}
	}

	std::mutex m_utex1;
	std::mutex m_utex2;
	std::queue<int> m_que;
};



void main()
{
	JackTang j(1);

	std::thread t1(&JackTang::consumer, &j);
	std::thread t2(&JackTang::productor, &j);

	t1.detach();
	t2.detach();
	
	system("pause");
}

结果：

上面两个锁，由于在两个线程函数中加锁的顺序不同从而造成死锁，下面将两个锁的加锁顺序调一下，就可以正常运行。需要改的代码贴一下：

void consumer()
	{
		for (int i = 0; i < 10000;i++)
		{
			m_utex1.lock();
			//处理某些任务...
			m_utex2.lock();
			
			if (!m_que.empty())
			{
				cout << "取出元素:" << m_que.front() << endl;
				m_que.pop();
			}
			
			m_utex2.unlock();
			m_utex1.unlock();
		}
	}

结果（部分截图）：

也可以使用std::lock(),将两个锁一起锁住，但工作中很少这么使用，至少我没有这么干过！

void consumer()
	{
		for (int i = 0; i < 10000;i++)
		{
			std::lock(m_utex1, m_utex2);
			
			if (!m_que.empty())
			{
				cout << "取出元素:" << m_que.front() << endl;
				m_que.pop();
			}
			
			m_utex2.unlock();
			m_utex1.unlock();
		}
	}

	void productor()
	{
		for (int i = 1; i < 10000;i++)
		{
			std::lock(m_utex1, m_utex2);


			m_que.push(i);
			cout << "插入元素:" << i << endl;
			
			m_utex2.unlock();
			m_utex1.unlock();
			
		}
	}

如果害怕忘记释放锁，还可以使用lock_gard,如下：

void consumer()
	{
		for (int i = 0; i < 10000;i++)
		{
			std::lock(m_utex2, m_utex1);
			lock_guard<std::mutex>lc(m_utex1, std::adopt_lock);
			lock_guard<std::mutex>lc1(m_utex2, std::adopt_lock);
			
			if (!m_que.empty())
			{
				cout << "取出元素:" << m_que.front() << endl;
				m_que.pop();
			}
			
			
		}
	}

	void productor()
	{
		for (int i = 1; i < 10000;i++)
		{
			std::lock(m_utex1, m_utex2);
			lock_guard<std::mutex>lc(m_utex1, std::adopt_lock);
			lock_guard<std::mutex>lc1(m_utex2, std::adopt_lock);

			m_que.push(i);
			cout << "插入元素:" << i << endl;
							
		}
	}

参考1：https://blog.youkuaiyun.com/t_x_l_/article/details/73159636?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2%7Edefault%7EBlogCommendFromMachineLearnPai2%7Edefault-11.control&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2%7Edefault%7EBlogCommendFromMachineLearnPai2%7Edefault-11.control
参考2;https://blog.youkuaiyun.com/hd12370/article/details/82814348?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2%7Edefault%7EBlogCommendFromMachineLearnPai2%7Edefault-2.control&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2%7Edefault%7EBlogCommendFromMachineLearnPai2%7Edefault-2.control

如果觉得本文对你有用，可以使用微信扫一扫支持一下。