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_mutex
和std::mutex
有沒有非阻塞的api
?二師兄:有的,分別是
pthread_mutex_trylock()
和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_guard
和std::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_gurad
,std::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_gurad
和std::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_gurad
和std::unique_lock
,而defer_lock_t/try_to_lock_t
只能用於std::unique_lock
。
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