使用std :: mutex进行死锁模拟

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？

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

使用锁定保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，还有另一个常见错误，它们相似但不同：

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

这声明了一个名为mu 的变量 （就像int(n); ）。 但是，此代码std::lock_guard ，因为std::lock_guard没有默认构造函数。 但它会用std::unique_lock ，它也不会最终锁定任何内容。）

现在解决实际问题：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scoped_lock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的答案是完全有效的，但我以为我会在戒指中扔另一顶帽子。 从性能的角度来看，应该将std::lock或任何尝试和撤退死锁避免策略视为最后的手段。

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两次相同的锁而无效。 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（＆cont1 <＆cont2）是未指明的行为。 谢谢Kerrek SB！