C++11多线程(4)【死锁(Dead Lock)】

死锁

如果你将某个mutex上锁了,却一直不释放,另一个线程访问该锁保护的资源的时候,就会发生死锁,这种情况下使用lock_guard可以保证析构的时候能够释放锁,然而,当一个操作需要使用两个互斥元的时候,仅仅使用lock_guard并不能保证不会发生死锁,如下面的例子:

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#include <iostream>
#include <thread>
#include <string>
#include <mutex>
#include <fstream>
using namespace std;

class LogFile {
std::mutex _mu;
std::mutex _mu2;
ofstream f;
public:
LogFile() {
f.open("log.txt");
}
~LogFile() {
f.close();
}
void shared_print(string msg, int id) {
std::lock_guard<std::mutex> guard(_mu);
std::lock_guard<std::mutex> guard2(_mu2);
f << msg << id << endl;
cout << msg << id << endl;
}
void shared_print2(string msg, int id) {
std::lock_guard<std::mutex> guard(_mu2);
std::lock_guard<std::mutex> guard2(_mu);
f << msg << id << endl;
cout << msg << id << endl;
}
};

void function_1(LogFile& log) {
for(int i=0; i>-100; i--)
log.shared_print2(string("From t1: "), i);
}

int main()
{
LogFile log;
std::thread t1(function_1, std::ref(log));

for(int i=0; i<100; i++)
log.shared_print(string("From main: "), i);

t1.join();
return 0;
}

运行之后,你会发现程序会卡住,这就是发生死锁了。程序运行可能会发生类似下面的情况:

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Thread A              Thread B
_mu.lock() _mu2.lock()
//死锁 //死锁
_mu2.lock() _mu.lock()

解决办法有很多:

  1. 可以比较mutex的地址,每次都先锁地址小的,如:

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    if(&_mu < &_mu2){
    _mu.lock();
    _mu2.unlock();
    }
    else {
    _mu2.lock();
    _mu.lock();
    }
  2. 使用层次锁,将互斥锁包装一下,给锁定义一个层次的属性,每次按层次由高到低的顺序上锁。

这两种办法其实都是严格规定上锁顺序,只不过实现方式不同。

c++标准库中提供了std::lock()函数,能够保证将多个互斥锁同时上锁,

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std::lock(_mu, _mu2);

同时,lock_guard也需要做修改,因为互斥锁已经被上锁了,那么lock_guard构造的时候不应该上锁,只是需要在析构的时候释放锁就行了,使用std::adopt_lock表示无需上锁:

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std::lock_guard<std::mutex> guard(_mu2, std::adopt_lock);
std::lock_guard<std::mutex> guard2(_mu, std::adopt_lock);

完整代码如下:

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#include <iostream>
#include <thread>
#include <string>
#include <mutex>
#include <fstream>
using namespace std;

class LogFile {
std::mutex _mu;
std::mutex _mu2;
ofstream f;
public:
LogFile() {
f.open("log.txt");
}
~LogFile() {
f.close();
}
void shared_print(string msg, int id) {
std::lock(_mu, _mu2);
std::lock_guard<std::mutex> guard(_mu, std::adopt_lock);
std::lock_guard<std::mutex> guard2(_mu2, std::adopt_lock);
f << msg << id << endl;
cout << msg << id << endl;
}
void shared_print2(string msg, int id) {
std::lock(_mu, _mu2);
std::lock_guard<std::mutex> guard(_mu2, std::adopt_lock);
std::lock_guard<std::mutex> guard2(_mu, std::adopt_lock);
f << msg << id << endl;
cout << msg << id << endl;
}
};

void function_1(LogFile& log) {
for(int i=0; i>-100; i--)
log.shared_print2(string("From t1: "), i);
}

int main()
{
LogFile log;
std::thread t1(function_1, std::ref(log));

for(int i=0; i<100; i++)
log.shared_print(string("From main: "), i);

t1.join();
return 0;
}

总结一下,对于避免死锁,有以下几点建议:

  1. 建议尽量同时只对一个互斥锁上锁。

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    {
    std::lock_guard<std::mutex> guard(_mu2);
    //do something
    f << msg << id << endl;
    }
    {
    std::lock_guard<std::mutex> guard2(_mu);
    cout << msg << id << endl;
    }
  2. 不要在互斥锁保护的区域使用用户自定义的代码,因为用户的代码可能操作了其他的互斥锁。

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    {
    std::lock_guard<std::mutex> guard(_mu2);
    user_function(); // never do this!!!
    f << msg << id << endl;
    }
  3. 如果想同时对多个互斥锁上锁,要使用std::lock()

  4. 给锁定义顺序(使用层次锁,或者比较地址等),每次以同样的顺序进行上锁。详细介绍可看C++并发编程实战

作者:StormZhu

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