C++ 函数并发编程中死锁预防和检测方法

在并发编程中，死锁是一种常见的陷阱，它会导致程序停滞。死锁发生在两个或多个任务等待彼此释放资源的情况下，从而形成循环依赖。

预防死锁

要预防死锁，可以采取以下措施：

• 避免环形等待：确保任务不会等待其他任务释放它们已经持有的资源。
• 使用死锁检测机制：定期检查是否存在死锁情况，并在检测到时採取纠正措施。
• 使用锁分级：将资源细分为层次结构，并强制任务按特定顺序获取锁，以避免环形等待。

检测死锁

要检测死锁，可以使用以下方法：

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• 资源有序图（RWG）：构建一个有向图，其中节点表示任务，边表示任务持有的资源。如果 RWG 中存在环，则存在死锁。
• 等待-图：构建一个有向图，其中节点表示任务，边表示一个任务正在等待另一个任务释放资源。如果等待-图中存在环，则存在死锁。

实战案例

考虑以下代码片段，它演示了如何在 C++ 中使用死锁检测机制：

#include <thread>
#include <mutex>
#include <vector>
#include <chrono>

std::mutex m1, m2;

void thread1() {
    while (true) {
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
        m1.lock();
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
        m2.lock();
        m2.unlock();
        m1.unlock();
    }
}

void thread2() {
    while (true) {
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
        m2.lock();
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
        m1.lock();
        m1.unlock();
        m2.unlock();
    }
}

int main() {
    std::vector<std::thread> threads;

    threads.push_back(std::thread(thread1));
    threads.push_back(std::thread(thread2));

    for (auto& thread : threads) {
        thread.join();
    }

    return 0;
}

在此示例中，两个线程尝试按相反的顺序获取两个锁，从而创建环形等待条件。由于使用了死锁检测机制，程序将在检测到死锁时终止，报告错误情况。

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