c++多线程同步问题

一个mutex导致的死锁问题

单核实时可抢占的系统中，优先级不同的三个线程A/B/C, A>B>C

• 当C先获得时间片开始执行，并获得锁
• A因为高优先级，被唤醒并中断C，但没有得到锁，而阻塞
• B获得执行机会，由于优先级高于C，B会一直执行，让AC系统无法取得任何进展

std::stack<T> stack;
std::mutex mutex;

void push(const T& obj) {
   mutex.lock();
   stack.push(obj);
   mutex.unlock();
}

多个mutex导致的死锁问题

• 多个锁共同控制临界区
• 加锁顺序不一致
• A，B锁被两个线程分别持有，等待对方释放剩下的锁，不会主动释放所持有的锁，而导致死锁

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

mutex lockA;
mutex lockB;
int counter{0};

void foo() {
    while(true) {
        lock_guard<mutex> guardA(lockA);
        lock_guard<mutex> guardB(lockB);
        cout << "message from foo " << counter++ << endl;
    }
}

void bar() {
    while(true) {
        lock_guard<mutex> guardB(lockB); // 注意这里加锁顺序
        lock_guard<mutex> guardA(lockA);
        cout << "message from bar " << counter++ << endl;
    }
}

void DeadLockTest() {
    thread tf(foo);
    thread tb(bar);
    tf.join();
    tb.join();
}

解决多个锁导致死锁问题

• 尽量只用一个锁
• 如果必须用多个锁，注意顺序上锁
• 无法保证上锁顺序的话，使用std::lock

void foo() {
    while(true) {
        std::lock(lockA, lockB);
        lock_guard<mutex> guardA(lockA, std::adopt_lock);
        lock_guard<mutex> guardB(lockB, std::adopt_lock);
        cout << "message from foo " << counter++ << endl;
    }
}

void bar() {
    while(true) {
        std::lock(lockB, lockA);
        lock_guard<mutex> guardB(lockB, std::adopt_lock); // 注意这里加锁顺序
        lock_guard<mutex> guardA(lockA, std::adopt_lock);
        cout << "message from bar " << counter++ << endl;
    }
}

• 或者使用try_lock

void foo() {
    while(true) {
        if (std::try_lock(lockA, lockB) == -1) {
            cout << "message from foo " << counter++ << endl;
            lockA.unlock();
            lockB.unlock();
        }
    }
}

void bar() {
    while(true) {
        if (std::try_lock(lockB, lockA) == -1) {
            cout << "message from bar " << counter++ << endl;
            lockB.unlock();
            lockA.unlock();
        }
    }
}

参考

https://en.cppreference.com/w/cpp/thread/lock
http://en.cppreference.com/w/cpp/thread/lock_guard
https://cplusplus.com/reference/mutex/try_lock/