C++面試八股文:如何避免死鎖?

2023-07-05 06:01:16

某日二師兄參加XXX科技公司的C++工程師開發崗位第31面:

面試官:什麼是鎖?有什麼作用?

二師兄:在C++中,鎖(Lock)是一種同步工具,用於保護共用資源,防止多個執行緒同時存取,從而避免資料競爭和不一致。

面試官:有哪些鎖?

二師兄:從種類上分,可以分為普通鎖、讀寫鎖、遞迴鎖等種類。

二師兄:從實現上分,可以分為互斥鎖、自旋鎖、號誌、條件變數等。

面試官:互斥鎖如何使用?

二師兄:在C++11之前,C++便準層面並沒有定義鎖,鎖的應用要依賴於平臺。Linux下使用pthread庫中的mutex

#include <pthread.h>
pthread_mutex_t mutex_ = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_lock(&mutex_);
//被保護的區域
pthread_mutex_unlock(&mutex_);

二師兄:C++11引入了std::mutex,統一了各個平臺上互斥鎖的使用:

#include <mutex>
std::mutex mutex_;
mutex_.lock();
//被保護的區域
mutex_.unlock();

面試官:pthread_mutexstd::mutex有沒有非阻塞的api

二師兄:有的,分別是pthread_mutex_trylock()try_lock(),當獲取不到鎖時這兩者並不阻塞當前執行緒,而是立即返回。需要注意的是,當pthread_mutex_trylock()獲取到鎖時返回0,而std::mutex::try_lock()方法獲取不到鎖時返回false

面試官:std::lock_guardstd::unique_lock用過嗎?

二師兄:用過。

面試官:兩者有什麼相同點和不同點?

二師兄:相同點是兩者都使用RAII(資源獲取即初始化)技術實現的鎖,支援自動上鎖,自動解鎖。

二師兄:不同點主要包括三個方面:

1.靈活性:std::unqiue_lock的靈活性要高於std::lock_guradstd::unique_lock可以在任何時間解鎖和鎖定,而std::lock_guard在構造時鎖定,在解構時解鎖,不能手動控制。

2.所有權:std::unique_lock支援所有權轉移,而std::lock_gurad不支援。

3.效能:由於std::unique_lock的靈活性更高,它的效能可能會稍微低一些。

面試官:能實現一個lock_gurad嗎?

二師兄:我嘗試一下:

class lock_guard
{
    explicit lock_guard(std::mutex& m):mutex_(m)
    {
        mutex_.lock();
    }
    ~lock_guard()
    {
        mutex_unlock();
    }
private:
    std::mutex& mutex_;
};

面試官:為什麼會發生死鎖?

二師兄:當程序A持有鎖1請求鎖2,程序B持有鎖2請求鎖1時,兩者都不會釋放自己的鎖,兩者都需要對方的鎖,就會造成死鎖。當然現實中可能比這要複雜,但原理是相同的。

面試官:如何避免死鎖?

二師兄:主要從以下幾個方面入手:

1.避免迴圈等待,如果需要在業務中獲取不同的鎖,保證所有業務按照相同的順序獲取鎖。

2.使用超時鎖,當鎖超時時,自動釋放鎖。

3.使用try_lock,當鎖被佔用時,返回false並繼續執行。

4.鎖的粒度儘量要小,只保護竟態資料而不是整個流程。

面試官:知道adopt_lock_t/defer_lock_t/try_to_lock_t這三種型別的用法嗎?

二師兄:額。。不知道。。

面試官:好的,回去等通知吧。

讓我們來看看最後一個問題:

知道adopt_lock_t/defer_lock_t/try_to_lock_t這三種型別的用法嗎?

adopt_lock_t/defer_lock_t/try_to_lock_t都是空類,主要表示std::lock_guradstd::unqiue_lock的預設構造中的操作:

adopt_lock_t:預設互斥量已被當前執行緒鎖定,不使用lock()方法對互斥量加鎖:

std::mutex mtx_;
mtx_.lock();	//lock
{
    std::lock_guard<std::mutex> lock_(mtx_,std::adopt_lock);	//這裡預設當前執行緒已經對mtx_加過鎖
    ...
}//unlock

defer_lock_t:雖然我擁有了std::mutex的參照,但是在建構函式中並不呼叫lock()方法對互斥量加鎖:

std::mutex mtx_;
{
    std::unique_lock<std::mutex> ulock_(mtx_,std::defer_lock);	//這裡並沒有加鎖
    ulock_.lock();
    if(ulock_.owns_lock())
    {
		//locked
    }else
    {
		//unlocked
    }
}//if locked,unlock

try_to_lock_t:在建構函式執行是並不是使用lock()方法加鎖,而是使用try_lock()方法加鎖:

std::mutex mtx_;
{
    std::unique_lock<std::mutex> ulock_(mtx_,std::try_to_lock);	//這裡mtx_如果沒有被鎖定,則加鎖成功,否則加鎖失敗
    if(ulock_.owns_lock())
    {
		//locked
    }else
    {
		//unlocked
    }
}//if locked,unlock

adopt_lock_t可以用於std::lock_guradstd::unique_lock,而defer_lock_t/try_to_lock_t只能用於std::unique_lock

關注我,帶你21天「精通」C++!(狗頭)