最新：5. 使用互斥量保护共享数据

2023-01-10 15:54:12 来源：博客园

(资料图片仅供参考)

使用互斥量保护共享数据

C++中使用互斥量
- C++通过实例化std::mutex创建互斥量，通过调用成员函数lock()进行加锁，unlock()进行解锁，在实践中不推荐直接调用成员函数，因为调用成员函数就意味着，必须记住在每个函数的出口都需要调用unlock()，同时包括异常的情况，C++中推荐使用lock_guard实例对数据进行保护，lock_guard和mutex都在头文件中进行声明
```
#include#includestd::listli;std::mutex li_mutex;void add_to_list(int num){std::lock_guardguard(li_mutex);li.push_back(num);}bool list_contain(int value_to_find){std::lock_guardguard(li_mutex);return std::find(li.begin(),li.end(),value_to_find) != li.end();}
```
上述代码中使用全局变量进行保护，通常情况下没有问题，但是大多情况下，互斥量和保护的数据放在同一个类中。当一个成员函数返回的是保护数据的指针的或者引用的时候，会破坏数据的保护，具有访问能力的指针或者引用可以访问或者修改被保护的数据，而不会被互斥锁限制，因此在设计互斥量的时候需要能够锁住任何数据的访问方式，不留后门

精心组织代码来保护共享数据
- 在确保成员函数不会传出指针或者引用的同时，检查成员函数是否通过指针或者引用的方式了来调用同样重要，函数可能在没有互斥量保护的地方存储这指针或者引用，例如如下代码：
```
class foo{ private: int data;mutex _mutex; public: templatevoid dowork(Function func){lock_guardg(_mutex);func(data);}}int * danger_pointer;void danger_func(int & tmp){danger_pointer = &tmp;}int main(){foo f;f.dowork(danger_func);}
```
上述代码中，虽然有互斥锁的保护，但是foo中的数据依旧通过指针被传递给了danger_pointer，切记不要将受保护的数据的指针或者引用传递到互斥锁的作用和与之外

发现接口内在的条件竞争
- 元素操作在多线程开发中，对于共享资源存在竞争条件，例如上一个线程可能对栈进行了某种判别条件，但是时间片很快切给了下一个线程，可能会导致上一个进程的判别条件发生改变，但是程序不会重复执行判别代码，如下；
```
stacksta;void process_1(){if(sta.empty()){...}}void process_2(){sta.push(...);}int main(){thread t1(process_1);thread t2(process_2);t1.join();t2.join();}
```
在上述例子中，可能第一个进程刚判断了栈为空，还没进行下面的操作，第二个线程就向栈中添加了元素，第一个线程的判断条件将不在成立，但是仍然会进行下面的操作。

多线程中的元素转移问题举个例子，假设有一个stack
>，当vector中有大量元素的时候，拷贝其中的内容可能会发生bad_alloc的异常，如果此时调用stack中的pop方法，可能造成栈顶元素确实从栈中弹出，但是并没有足够的空间对其进行拷贝，这个时候，有就会丢失，基本的解决办法就是先拷贝，再弹出，这样又会产生空间不足的问题。针对这种问题，有如下几个方法可以进行解决。
- 传入一个引用将变量的引用作为参数传递到pop函数当中
```
std::vectorres;sta.pop(res);此处pop函数具体如下：void pop(vector& res){lock_guardloc(m);if(sta.empty())throw empty_stack();res = data.top();data.pop();}
```
- 返回弹出值的指针返回指针和返回引用的原理是一样的
```
auto ptr = sta.pop();此处pop函数的具体实现如下：std::shared_ptr pop(){std::loc_guardloc(m);if(data.empty()) throw empty_stack();shared_ptrconst res(std::make_shared(data.top()));return res;}
```

死锁问题死锁产生的四个必要条件分别为1. 互斥条件 2. 不可剥夺条件 3. 请求和保持条件 4. 循环等待条件

互斥条件：资源是独占的且排他使用，进程互斥使用资源，即任意时刻一个资源只能给一个进程使用，其他进程若申请一个资源，而该资源被另一进程占有时，则申请者等待直到资源被占有者释放。不可剥夺条件：进程所获得的资源在未使用完毕之前，不被其他进程强行剥夺，而只能由获得该资源的进程资源释放。请求和保持条件：进程每次申请它所需要的一部分资源，在申请新的资源的同时，继续占用已分配到的资源。循环等待条件：在发生死锁时必然存在一个进程等待队列{P1,P2,…,Pn},其中P1等待P2占有的资源，P2等待P3占有的资源，…，Pn等待P1占有的资源，形成一个进程等待环路，环路中每一个进程所占有的资源同时被另一个申请，也就是前一个进程占有后一个进程所深情地资源。以上给出了导致死锁的四个必要条件，只要系统发生死锁则以上四个条件至少有一个成立。事实上循环等待的成立蕴含了前三个条件的成立，似乎没有必要列出然而考虑这些条件对死锁的预防是有利的，因为可以通过破坏四个条件中的任何一个来预防死锁的发生。————————————————版权声明：本文为CSDN博主「Hyacinth_Dy」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。原文链接：https://blog.csdn.net/jyy305/article/details/70077042

死锁的避免方法如下：

避免嵌套所
避免在持有锁的时候调用用户提供的代码
按照一定的顺序上锁
使用锁的层次结构对于这个方法，他的意思是对每个锁进行级别标注，当低层次的锁被锁上的时候，高层次的锁不允许上锁，原理类似于按一定的顺序上锁

关键词：成员函数判别条件等待条件