Question

我有以下示例：

template <typename T>
class container
{
public:
    std::mutex _lock;
    std::set<T> _elements;

    void add(T element)
    {
        _elements.insert(element);
    }

    void remove(T element)
    {
        _elements.erase(element);
    }
};

void exchange(container<int>& cont1, container<int>& cont2, int value)
    {
        cont1._lock.lock();
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));

        cont2._lock.lock();

        cont1.remove(value);
        cont2.add(value);

        cont1._lock.unlock();
        cont2._lock.unlock();
    }

    int main() 
    {
        container<int> cont1, cont2;

        cont1.add(1);
        cont2.add(2);

        std::thread t1(exchange, std::ref(cont1), std::ref(cont2), 1);
        std::thread t2(exchange, std::ref(cont2), std::ref(cont1), 2);

        t1.join();
        t2.join();

        return 0;
    }

在这种情况下，我正在陷入僵局。但是当我使用std :: lock_guard而不是手动锁定和解锁互斥锁时，我没有死锁。为什么呢？

void exchange(container<int>& cont1, container<int>& cont2, int value)
{
    std::lock_guard<std::mutex>(cont1._lock);
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));

    std::lock_guard<std::mutex>(cont2._lock);

    cont1.remove(value);
    cont2.add(value);
}

Answer 1

您的两个代码段无法比较。第二个代码段锁定并立即解锁每个互斥锁，因为临时lock_guard对象在分号处被销毁：

std::lock_guard<std::mutex>(cont1._lock);  // temporary object

使用锁定防护的正确方法是制作它们的范围变量：

{
    std::lock_guard<std::mutex> lock(my_mutex);

    // critical section here

}   // end of critical section, "lock" is destroyed, calling mutex.unlock()

（请注意，还有另一个常见的错误，它是相似但不同的：

std::mutex mu;
// ...
std::lock_guard(mu);

此声明一个名为mu的变量（就像int(n);）。但是，此代码格式错误，因为std::lock_guard没有默认构造函数。但它会编译，比如std::unique_lock，它也不会最终锁定任何东西。）

现在解决真正的问题：如何以一致的顺序一次锁定多个互斥锁？在整个代码库中，甚至在未来用户的代码库中，或者甚至在本地案例中，就单个锁定订单达成一致可能是不可行的。在这种情况下，请使用std::lock算法：

std::mutex mu1;
std::mutex mu2;

void f()
{
    std::lock(mu1, mu2);

    // order below does not matter
    std::lock_guard<std::mutex> lock1(mu1, std::adopt_lock);        
    std::lock_guard<std::mutex> lock2(mu2, std::adopt_lock);
}

在C ++ 17中，有一个名为scoped_lock的新的可变参数锁定保护模板：

void f_17()
{
    std::scoped_lock lock(mu1, mu2);

    // ...
}

scoped_lock的构造函数使用与std::lock相同的算法，因此两者可以兼容使用。

Answer 2

虽然Kerrek SB的回答是完全有效的，但我以为我会在戒指中扔另一顶帽子。从性能角度来看，std::lock或任何尝试和撤退的死锁避免策略都应被视为最后的手段。

怎么样：

#include <functional> //includes std::less<T> template.

static const std::less<void*> l;//comparison object. See note.

void exchange(container<int>& cont1, container<int>& cont2, int value)
    {
        if(&cont1==&cont2) {
            return; //aliasing protection.
        }
        std::unique_lock<std::mutex> lock1(cont1._lock, std::defer_lock);
        std::unique_lock<std::mutex> lock2(cont2._lock, std::defer_lock);
        if(l(&cont1,&cont2)){//in effect portal &cont1<&cont2
            lock1.lock();
            std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
            lock2.lock();
        }else{
            lock2.lock();
            std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
            lock1.lock();
        } 
        cont1.remove(value);
        cont2.add(value);
    }

此代码使用对象的内存地址来确定任意但一致的锁定顺序。这种方法（当然）可以概括。

另请注意，在可重用代码中，别名保护是必要的，因为cont1为cont2的版本会因尝试锁定同一个锁两次而无效。 std::mutex不能被认为是递归锁定，通常不是。

注意：使用std::less<void>可确保合规性，因为它可确保地址的总排序一致。技术上（＆amp; cont1＆lt;＆amp; cont2）是未指明的行为。谢谢Kerrek SB！

使用std :: mutex进行死锁模拟

2 个答案: