什么是静音（相互排除锁）？它们如何防止比赛状况？

什么是静音（相互排除锁）？它们如何防止比赛状况？

互斥锁的静音词是同步的基础，只允许一个线程一次访问代码的关键部分。这样可以确保以受控方式使用共享资源，从而防止数据腐败和其他与并发有关的问题。

静音者通过执行对共享资源的访问顺序来防止比赛条件。当线程想要输入关键部分时，它必须首先获得互斥X。如果MUTEX已经被另一个线程锁定，则请求线将被阻止，直到释放互斥X。一旦线程成功地获取了静音，它就可以安全地执行关键部分，因为他们知道没有其他线程可以干扰。完成操作后，线程将释放互斥X，允许其他等待线程获取并访问共享资源。

在哪些方案中，最有效地使用互斥词来管理并发访问？

静音是在需要对共享资源的独家访问的情况下最有效使用的。常见用例包括：

1. 数据结构和容器：当多个线程需要修改共享数据结构（例如链接列表或地图）时，Mutexes可以确保这些修改在原子能安全上进行。
2. 文件访问：当多个线程或进程需要从或写入文件中时，静音可以防止同时访问，这可能导致数据损坏或不一致的读取。
3. 数据库交易：在与数据库相互作用的多线程应用程序中，静音可以保护执行数据库操作的代码的关键部分，从而确保交易的完整性。
4. 资源分配：静音可用于管理有限资源的分配，确保只有一个线程可以一次分配资源，从而防止过度分配或冲突。
5. 单例模式：在多线程环境中，可以使用Mutexes来确保单身对象的初始化是线程安全的，从而阻止了多个实例被创建。

在管理线程同步方面，静音与信号量有何不同？

静音和信号量都用于线程同步，但它们具有不同的目的并具有不同的特征：

1. 目的：

   • 静音旨在提供相互排斥，一次只允许一个线程访问关键部分。
   • 信号量更为通用，可用于根据计数来控制多个线程对资源的访问。它们可用于实施相互排斥和生产者消费者模式。

2. 数数：

   • 静音具有二进制状态：锁定或解锁。它们通常用于保护单个资源。
   • 信号量的计数可能大于一个，允许指定数量的线程同时访问资源。

3. 所有权：

   • 静音具有所有权，这意味着将静音的线程锁定必须是解锁它的线。这样可以防止因一个线锁定而造成的僵局，而另一个试图解锁的僵局。
   • 信号量没有所有权；任何线程都可以在信号量上执行等待或信号操作。

4. 用法：

   • 对于需要独家访问的方案，静音更简单，更简单。
   • 信号量更灵活，可以在更复杂的场景中使用，例如管理资源池或实施生产者消费者模式。

使用静音的潜在陷阱是什么？如何缓解它们？

使用Mutexes可以引入几个潜在的陷阱，但是可以通过仔细的设计和实现来减轻这些陷阱：

1. 僵局：

   • 陷阱：无限期阻止两个或多个线程时发生僵局，每个线程都在等待彼此释放资源。
   • 缓解：使用诸如锁定订购，超时和僵局检测算法之类的技术。除非绝对必要，否则避免同时握住多个锁。

2. 性能开销：

   • 陷阱：由于上下文切换和阻塞，静音可以引入性能开销。
   • 缓解措施：最大程度地减少关键部分所花费的时间。使用细粒度锁定来减少争执。考虑在适当的情况下使用无锁算法或读取器锁。

3. 优先倒置：

   • 陷阱：保持静音的较低优先级线可以延迟更高优先级的线程，从而导致优先倒置。
   • 缓解：实现优先级继承或优先级上限协议，以确保持有静音的线程暂时继承等待它的最高优先级线程的优先级。

4. 饥饿：

   • 陷阱：由于其他线程的持续争议，线程可能无法获得静音。
   • 缓解措施：在MUTEX实现中使用公平政策，例如先到先得的（FCFS）调度。考虑使用条件变量允许线程在资源可用时等待并发出信号。

5. 利维洛克：

   • 陷阱：类似于僵局，但是线程正在积极地试图解决这种情况，从而导致持续活动的循环没有进步。
   • 缓解措施：实施退缩策略或随机延迟以打破争论的周期。确保重试机制不会在没有进步的情况下导致连续恢复。

通过了解这些陷阱并采用适当的缓解策略，开发人员可以有效地使用静音者来管理并发访问，并确保多线程应用程序的可靠性和性能。

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