C++ 中什么是死锁 (deadlock)？如何避免？

推荐答案

在C++中，死锁（deadlock）是指两个或多个线程在执行过程中，因为争夺资源而造成的一种互相等待的现象，导致这些线程都无法继续执行下去。死锁通常发生在多个线程同时持有某些资源，并且试图获取对方持有的资源时。

避免死锁的常见方法：

1. 避免嵌套锁：尽量减少锁的嵌套使用，确保每个线程只持有一个锁。
2. 锁的顺序：所有线程以相同的顺序获取锁，避免循环等待。
3. 使用超时机制：在获取锁时设置超时，避免无限期等待。
4. 使用RAII（资源获取即初始化）：通过智能指针或RAII类管理锁的获取和释放，确保锁在作用域结束时自动释放。
5. 死锁检测：通过算法或工具检测死锁的发生，并采取相应的措施。

本题详细解读

死锁的四个必要条件

死锁的发生通常需要满足以下四个条件，称为死锁的四个必要条件：

1. 互斥条件：资源一次只能被一个线程占用。
2. 占有并等待：线程持有至少一个资源，并等待获取其他被占用的资源。
3. 非抢占条件：已分配给线程的资源不能被其他线程强行抢占，必须由线程自行释放。
4. 循环等待条件：存在一个线程等待的循环链，每个线程都在等待下一个线程所占用的资源。

死锁示例

以下是一个简单的C++代码示例，展示了死锁的发生：

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在这个示例中，thread1和thread2分别以不同的顺序获取mutex1和mutex2，导致两个线程互相等待对方释放锁，从而发生死锁。

如何避免死锁

为了避免死锁，可以采取以下措施：

1. 统一锁的顺序：确保所有线程以相同的顺序获取锁。例如，修改thread2的代码，使其先获取mutex1，再获取mutex2。
2. 使用std::lock：std::lock可以一次性锁定多个互斥量，避免死锁。例如：

   void thread1() {
       std::lock(mutex1, mutex2);
       std::lock_guard<std::mutex> lock1(mutex1, std::adopt_lock);
       std::lock_guard<std::mutex> lock2(mutex2, std::adopt_lock);
       std::cout << "Thread 1 is running" << std::endl;
   }

3. 使用std::scoped_lock：C++17引入了std::scoped_lock，它可以自动管理多个锁的获取和释放，避免死锁。例如：

   void thread1() {
       std::scoped_lock lock(mutex1, mutex2);
       std::cout << "Thread 1 is running" << std::endl;
   }

通过这些方法，可以有效避免死锁的发生。