C++并发多线程--死锁问题及解决方法

1--死锁问题

        死锁问题：两个线程访问资源时加锁，但都需要对方的资源才能执行释放锁；

        代码实例：下面的代码中，当线程 1 使用 my_mutex1 上锁后，会继续使用 my_mutex2 进行上锁，若此时线程 2 已经使用 my_mutex2 上锁了，也准备继续使用 my_mytex1 上锁；这时就会出现死锁问题：线程 1 掌握 my_mutex1 的资源，需要使用 my_mutex2 的资源，而线程 2 掌握 my_mutex2 的资源，需要使用 my_mutex1 的资源；两个线程都掌握各自需要的资源，导致两个线程无法继续执行，产生了死锁；

        一个简单的解决方案：将两个线程的上锁顺序设计为相同；

#include 
#include 
#include 
#include  // 引入互斥

class myClass{
public:
    // 收集数据到消息队列
    void inMsgRecvQueue(){
        for(int i = 0; i < 100; i++){
            // 模拟收集消息
            std::cout << "Running inMsgRecvQueue(), insert one value: " 
                << i << std::endl; 

            my_mutex1.lock();
            my_mutex2.lock();
            msgRecvqueue.push_back(i); // 消息队列存储消息
            my_mutex2.unlock();
            my_mutex1.unlock();
        }
    }
    // 从消息队列取数据
    void outMsgRecvQueue(){
        for(int i = 0; i < 100; i++){
            if(!msgRecvqueue.empty()){
                my_mutex2.lock(); // 加锁
                my_mutex1.lock(); // 加锁
                // 取出数据
                int command = msgRecvqueue.front();
                msgRecvqueue.pop_front(); 

                my_mutex1.unlock(); // 解锁
                my_mutex2.unlock(); // 解锁
            }
            
            else{
                std::cout << "Running outMsgRecvQueue(), " 
                    "the msgRecvqueue is empty" << std::endl;
            }
        }
    }
private:
    std::list msgRecvqueue; // 消息队列
    std::mutex my_mutex1; // 创建互斥量 
    std::mutex my_mutex2; // 创建互斥量 
};

int main(int argc, char *argv[]){
    myClass sample1;
    // 使用成员函数创建线程
    std::thread myInMsgObj(&myClass::inMsgRecvQueue, &sample1); // 收集数据线程
    std::thread myOutMsgObj(&myClass::outMsgRecvQueue, &sample1); // 取出数据线程
    myInMsgObj.join();
    myOutMsgObj.join();

    return 0;
}

2--std::lock( )函数模板

        std::lock() 可以锁住两个或两个以上的互斥量，可以避免因为互斥量上锁顺序不同而导致的死锁问题；

        std::lock() 一般用于处理多个互斥量，其要么将多个互斥量同时锁住，要么将多个互斥量解锁（当部分互斥量未上锁时，要么等待其余互斥量上锁才继续执行，要么释放已经锁住的互斥量）；

        下面的实例代码使用 std::lock() 来解决上面的死锁问题；

#include 
#include 
#include 
#include  // 引入互斥

class myClass{
public:
    // 收集数据到消息队列
    void inMsgRecvQueue(){
        for(int i = 0; i < 100; i++){
            // 模拟收集消息
            std::cout << "Running inMsgRecvQueue(), insert one value: " 
                << i << std::endl; 

            std::lock(my_mutex1, my_mutex2);
            msgRecvqueue.push_back(i); // 消息队列存储消息
            my_mutex2.unlock();
            my_mutex1.unlock();
        }
    }
    // 从消息队列取数据
    void outMsgRecvQueue(){
        for(int i = 0; i < 100; i++){
            if(!msgRecvqueue.empty()){
                std::lock(my_mutex1, my_mutex2);
                // 取出数据
                int command = msgRecvqueue.front();
                msgRecvqueue.pop_front(); 

                my_mutex1.unlock(); // 解锁
                my_mutex2.unlock(); // 解锁
            }
            
            else{
                std::cout << "Running outMsgRecvQueue(), " 
                    "the msgRecvqueue is empty" << std::endl;
            }
        }
    }
private:
    std::list msgRecvqueue; // 消息队列
    std::mutex my_mutex1; // 创建互斥量 
    std::mutex my_mutex2; // 创建互斥量 
};

int main(int argc, char *argv[]){
    myClass sample1;
    // 使用成员函数创建线程
    std::thread myInMsgObj(&myClass::inMsgRecvQueue, &sample1); // 收集数据线程
    std::thread myOutMsgObj(&myClass::outMsgRecvQueue, &sample1); // 取出数据线程
    myInMsgObj.join();
    myOutMsgObj.join();

    return 0;
}

3--std::lock_guard( )函数模板

        std::lock_guard( ) 可以替换 mutex.lock() 和 mutex.unlock()，在项目复杂的时候可以避免遗漏上锁和解锁的问题；

        std::lock_guard 对象名(互斥量, std::adopt_lock); std::adopt_lock 的作用是表明互斥量在之前已经上锁了，无需额外对互斥量进行上锁操作，只需进行解锁操作即可；

#include 
#include 
#include 
#include  // 引入互斥

class myClass{
public:
    // 收集数据到消息队列
    void inMsgRecvQueue(){
        for(int i = 0; i < 100; i++){
            // 模拟收集消息
            std::cout << "Running inMsgRecvQueue(), insert one value: " 
                << i << std::endl; 

            std::lock(my_mutex1, my_mutex2);
            msgRecvqueue.push_back(i); // 消息队列存储消息
            std::lock_guard guard1(my_mutex1, std::adopt_lock);
            std::lock_guard guard2(my_mutex2, std::adopt_lock);
        }
    }
    // 从消息队列取数据
    void outMsgRecvQueue(){
        for(int i = 0; i < 100; i++){
            if(!msgRecvqueue.empty()){
                std::lock(my_mutex1, my_mutex2);
                // 取出数据
                int command = msgRecvqueue.front();
                msgRecvqueue.pop_front(); 

                std::lock_guard guard1(my_mutex1, std::adopt_lock);
                std::lock_guard guard2(my_mutex2, std::adopt_lock);
            }
            
            else{
                std::cout << "Running outMsgRecvQueue(), " 
                    "the msgRecvqueue is empty" << std::endl;
            }
        }
    }
private:
    std::list msgRecvqueue; // 消息队列
    std::mutex my_mutex1; // 创建互斥量 
    std::mutex my_mutex2; // 创建互斥量 
};

int main(int argc, char *argv[]){
    myClass sample1;
    // 使用成员函数创建线程
    std::thread myInMsgObj(&myClass::inMsgRecvQueue, &sample1); // 收集数据线程
    std::thread myOutMsgObj(&myClass::outMsgRecvQueue, &sample1); // 取出数据线程
    myInMsgObj.join();
    myOutMsgObj.join();

    return 0;
}