死锁使用std :: mutex来保护多线程中的cout

Question

在多个线程中使用cout可能会导致交错输出。
所以我试图用互斥锁来保护cout。

以下代码使用std :: async启动10个后台线程。 线程启动时，会打印“Started thread ...”。 主线程按照创建顺序迭代后台线程的未来，并在相应的线程完成时打印出“Done thread ...”。

输出正确同步，但在某些线程启动后有些线程已经完成（参见下面的输出），就会出现死锁。 剩下所有后台线程，主线程正在等待互斥锁。

僵局的原因是什么？

当保留打印功能或for循环的一次迭代结束时，lock_guard应解锁互斥锁，以便其中一个等待线程能够继续。

为什么所有线程都挨饿？

码

#include <future>
#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;
std::mutex mtx;           // mutex for critical section

int print_start(int i) {
   lock_guard<mutex> g(mtx);
   cout << "Started thread" << i << "(" << this_thread::get_id() << ") " << endl;
   return i;
}

int main() {
   vector<future<int>> futures;

   for (int i = 0; i < 10; ++i) {
      futures.push_back(async(print_start, i));
   }

   //retrieve and print the value stored in the future
   for (auto &f : futures) {
      lock_guard<mutex> g(mtx);
      cout << "Done thread" << f.get() << "(" << this_thread::get_id() << ")" << endl;
   }
   cin.get();
   return 0;
}

产量

Started thread0(352)
Started thread1(14944)
Started thread2(6404)
Started thread3(16884)
Done thread0(16024)
Done thread1(16024)
Done thread2(16024)
Done thread3(16024)

Answer 1

你的问题在于使用future::get ：

当共享状态准备就绪时，返回存储在共享状态中的值（或抛出其异常）。

如果共享状态尚未就绪（即，提供程序尚未设置其值或异常），则该函数会阻塞调用线程并等待它准备就绪。

http://www.cplusplus.com/reference/future/future/get/

因此，如果未来的线程尚未运行，则该函数将阻塞，直到该线程结束。 但是，在调用future::get之前，您将future::get互斥锁的所有权，因此您正在等待的任何线程都无法为自己获取互斥锁。

这应该可以解决您的死锁问题：

int value = f.get();
lock_guard<mutex> g(mtx);
cout << "Done thread" << value << "(" << this_thread::get_id() << ")" << endl;

Answer 2

您锁定互斥锁，然后等待其中一个期货，这反过来需要锁定互斥锁本身。 简单规则：不要等待锁定的互斥锁。

BTW：锁定输出流不是很有效，因为它甚至无法控制的代码很容易被绕过。 不是使用那些全局变量，而是为需要输出内容的代码（依赖注入）提供流，然后以线程安全的方式从该流中收集数据。 或者使用日志库，因为这可能是你想要做的。

Answer 3

从源头上发现原因很好。 然而，通常情况下，错误可能不容易找到。 原因可能也不同。 幸运的是，在死锁的情况下，您可以使用调试器来调查它。

我编译并运行了你的例子，然后在用gdb（gcc 4.9.2 / Linux）附加它之后，有一个回溯（跳过嘈杂的实现细节）：

#0  __lll_lock_wait ()
...
#5  0x0000000000403140 in std::lock_guard<std::mutex>::lock_guard (
    this=0x7ffe74903320, __m=...) at /usr/include/c++/4.9/mutex:377
#6  0x0000000000402147 in print_start (i=0) at so_deadlock.cc:9
...
#23 0x0000000000409e69 in ....::_M_complete_async() (this=0xdd4020)
    at /usr/include/c++/4.9/future:1498
#24 0x0000000000402af2 in std::__future_base::_State_baseV2::wait (
    this=0xdd4020) at /usr/include/c++/4.9/future:321
#25 0x0000000000404713 in std::__basic_future<int>::_M_get_result (
    this=0xdd47e0) at /usr/include/c++/4.9/future:621
#26 0x0000000000403c48 in std::future<int>::get (this=0xdd47e0)
    at /usr/include/c++/4.9/future:700
#27 0x000000000040229b in main () at so_deadlock.cc:24

这就是其他答案中解释的内容 - 锁定部分中的代码（so_deadlock.cc:24）调用future :: get（），然后（通过强制结果）尝试再次获取锁定。

在其他情况下可能不是那么简单，通常有几个线程，但它就在那里。