C++ 并发编程中死锁及避免死锁的策略？

死锁发生于线程因等待其他线程释放资源而陷入环形等待状态。避免死锁的策略有：避免循环等待有序使用资源超时策略在哲学家进餐问题中，有序使用筷子资源（左筷子在前）解决了死锁问题。

C++ 并发编程中的死锁及避免死锁的策略

什么是死锁？

在并发编程中，死锁发生当多个线程同时等待其他线程释放资源时。这会导致线程无限期地阻塞，无法继续执行。

避免死锁的策略

避免死锁有以下几种策略：

• 避免循环等待：确保线程不会因为等待其他线程释放资源而形成环形等待关系。
• 有序使用资源：为所有资源建立一个固定的获取顺序，并强制所有线程按照此顺序获取资源。
• 超时策略：为获取资源设定超时时间，当线程在超时时间内无法获取资源时，即释放资源。

实战案例：哲学家进餐问题

哲学家进餐问题是一个经典的死锁问题。有 5 个哲学家围坐在一张圆桌旁，每人有一根筷子。他们可以随时拿取左右两根筷子进餐，但只能同时拿取一根筷子。如果所有哲学家同时拿起左边的筷子，那么他们都会陷入死锁状态。

我们可以使用有序使用资源策略来解决此问题：

// 筷子类
class Chopstick {
public:
    Chopstick() {
        m_mutex = new std::mutex;
    }

    ~Chopstick() {
        delete m_mutex;
    }

    void lock() {
        m_mutex->lock();
    }

    void unlock() {
        m_mutex->unlock();
    }

private:
    std::mutex* m_mutex;
};

// 哲学家类
class Philosopher {
public:
    Philosopher(int id, Chopstick* left, Chopstick* right)
        : m_id(id), m_left(left), m_right(right) {}

    void dine() {
        while (true) {
            // 获取左边的筷子
            m_left->lock();

            // 获取右边的筷子
            m_right->lock();

            // 进餐
            std::cout << "哲学家 " << m_id << " 正在进餐" << std::endl;

            // 放下右边的筷子
            m_right->unlock();

            // 放下左边的筷子
            m_left->unlock();
        }
    }

private:
    int m_id;
    Chopstick* m_left;
    Chopstick* m_right;
};

int main() {
    // 创建 5 根筷子
    Chopstick chopsticks[5];

    // 创建 5 个哲学家
    Philosopher philosophers[5] = {
        Philosopher(0, &chopsticks[0], &chopsticks[4]),
        Philosopher(1, &chopsticks[1], &chopsticks[0]),
        Philosopher(2, &chopsticks[2], &chopsticks[1]),
        Philosopher(3, &chopsticks[3], &chopsticks[2]),
        Philosopher(4, &chopsticks[4], &chopsticks[3])
    };

    // 启动哲学家线程
    std::thread threads[5]; 
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        threads[i] = std::thread(&Philosopher::dine, &philosophers[i]);
    }

    // 等待哲学家线程结束
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        threads[i].join();
    }

    return 0;
}

在这个例子中，我们为每一个筷子创建了一个std::mutex互斥锁，确保一次只能有一个哲学家获取该筷子。通过按顺序获取筷子，我们避免了死锁的发生。

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