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多线程编程之线程死锁问题

拙园  拙园  2022-10-04  507

关键词：

在多线程编程中，除了要解决数据访问的同步与互斥之外，还需要解决的重要问题就是多线程的死锁问题。所谓死锁: 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，若无外部处理作用，它们都将无限等待下去。

一、死锁原因与形成条件

　　死锁形成的原因：

系统资源不足
进程（线程）推进的顺序不恰当；
资源分配不当

　　死锁形成的条件：

互斥条件：所谓互斥就是进程在某一时间内独占资源。
请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
不剥夺条件：进程已获得资源，在末使用完之前，不能强行剥夺。
循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

　　从编程经验上来讲，形成死锁的一般原因有以下几种：

个人使用锁的经验差异。
程序模块使用锁的差异。
工程代码版本之间的差异。
工程代码分支之间的差异。
修改代码和重构代码带来的差异。

二、常见死锁形成的场景

　　死锁形成的常见情况有以下几种：

2.1 忘记释放锁

void data_process()
{
    EnterCriticalSection();

    if(/* error happens, forget LeaveCriticalSection */)
        return;

    LeaveCriticalSection();
}

2.2 单线程重复申请锁

void sub_func()
{
    EnterCriticalSection();
    do_something();
    LeaveCriticalSection();
}

void data_process()
{
    EnterCriticalSection();
    sub_func();
    LeaveCriticalSection();
}

2.3 多线程多锁申请

void data_process1()
{
    EnterCriticalSection(&cs1);　　// 申请锁的顺序有依赖
    EnterCriticalSection(&cs2);
    do_something1();
    LeaveCriticalSection(&cs2);
    LeaveCriticalSection(&cs1);
}

void data_process2()
{
    EnterCriticalSection(&cs2);　　// 申请锁的顺序有依赖
    EnterCriticalSection(&cs1);
    do_something2();
    LeaveCriticalSection(&cs1);
    LeaveCriticalSection(&cs2);
}

2.4 环形锁申请

/* 多个线程申请锁的顺序形成相互依赖的环形：
*             A   -  B
*             |      |
*             C   -  D
*/

三、死锁的避免策略

　　死锁的代价是非常大的，有时候很难检测排查，因此需要在编程过程中尽可能的避免发生死锁。编程中为了避免死锁应该遵循如下策略：

在编写多线程程序之前，首先编写正确的程序，然后再移植到多线程。
时刻检查自己写的程序有没有在跳出时忘记释放锁。
如果自己的模块可能重复使用一个锁，建议使用嵌套锁。
对于某些锁代码，不要临时重新编写，建议使用库里面的锁，或者自己曾经编写的锁。
如果某项业务需要获取多个锁，必须保证锁的按某种顺序获取，否则必定死锁。
编写简单的测试用例，验证有没有死锁。
编写验证死锁的程序，从源头避免死锁。

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