C++並發程式設計：如何辨識和解決死鎖問題？

在 C 並發程式設計中，死鎖問題發生在一或多個執行緒無限期等待其他執行緒釋放資源時，導致程式掛起。我們可以使用 std::lock_guard 和 std::unique_lock 實作死鎖偵測，如果發生死鎖，會拋出 std::system_error 例外。解決死鎖的方法包括依序取得鎖、使用計時鎖和死鎖恢復演算法。

C 並發程式設計：如何辨識並解決死鎖問題

瞭解死鎖

死鎖是一種並發程式設計中常見的錯誤，它發生在一個或多個執行緒無限期等待被其他執行緒釋放的資源時。這種情況會導致程式永遠掛起。

為了瞭解死鎖，請考慮以下場景：

• 執行緒 A 持有資源 R1，並嘗試取得資源 R2。
• 執行緒 B 持有資源 R2，並嘗試取得資源 R1。

如果此時兩個執行緒都進入等待狀態，等待對方釋放資源，就會發生死鎖。

偵測死鎖

在 C 中，我們可以使用 std::lock_guard 和 std::unique_lock 這樣的鎖定保護資源。這些鎖實現了死鎖偵測機制，如果偵測到死鎖，會拋出 std::system_error 例外。

我們可以透過捕捉此異常來偵測死鎖：

std::mutex m1;
std::mutex m2;

void foo() {
  // 获取锁
  std::lock_guard<std::mutex> lock1(m1);
  std::lock_guard<std::mutex> lock2(m2);

  // 其他操作...
}

int main() {
  try {
    foo();
  } catch (const std::system_error& e) {
    std::cerr << "死锁检测到：异常代码 " << e.code() << std::endl;
  }
}

如果在執行此程式時發生死鎖，我們會列印錯誤訊息。

解決死鎖

一旦偵測到死鎖，就需要解決它。以下是一些常見的解決方案：

• 依序取得鎖定：強制以特定順序取得鎖定（例如，一律先取得R1，然後取得R2），可以防止死鎖。
• 使用計時鎖定：計時鎖定會在一段時間後逾時，迫使執行緒釋放資源。
• 死鎖恢復演算法：使用專門的演算法，例如銀行家演算法，可以偵測並恢復死鎖。

實戰案例

考慮以下程式碼，它在兩個執行緒之間共用一個銀行帳戶物件：

class BankAccount {
public:
  int balance;
  std::mutex m;
};

void withdraw(BankAccount& account, int amount) {
  std::lock_guard<std::mutex> lock(account.m);
  if (account.balance >= amount)
    account.balance -= amount;
}

void deposit(BankAccount& account, int amount) {
  std::lock_guard<std::mutex> lock(account.m);
  account.balance += amount;
}

如果兩個執行緒同時呼叫 withdraw 和deposit 函數，可能會發生死鎖。我們可以透過依序取得鎖定來解決這個問題：

void withdraw(BankAccount& account, int amount) {
  std::lock_guard<std::mutex> lock(account.m);
  if (account.balance >= amount)
    account.balance -= amount;
}

void deposit(BankAccount& account, int amount) {
  std::lock_guard<std::mutex> lock(account.m);
  account.balance += amount;
}

以上是C++並發程式設計：如何辨識和解決死鎖問題？的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！