C++并发与多线程学习笔记--互斥量、用法、死锁概念

互斥量(mutex)的基本概念
互斥量的用法
- lock(), unlock()
- std::lock_guard类模板
死锁　　
- 死锁演示
- 死锁的一般解决方案
- std::lock()函数模板
- std::lock_guard的std::adopt_lock参数

互斥量(mutex)的基本概念

线程保护共享数据，操作时，某个线程用代码把共享数据锁住，其他想操作共享数据的线程必须等待；等待解锁，其他线程才能继续操作共享数据。

1)锁定住

2)操作

3)解锁

“互斥量”的基本概念，互斥量是个类对象，理解成一把锁，多个线程尝试用lock()成员函数来加锁这个锁头，只有一个线程能锁定成功，只要返回了表示锁成功了，如果没锁成功，那么流程就会卡在Lock()这里不断尝试去锁，如果永远不成功就“死锁”。

互斥量的用法

首先，使用互斥量需要引入一个头

#include <mutex>

lock(), unlock()

　线程先lock()，操作共享数据，然后操作完之后，unlock();

lock()和unlock()要成对使用，有lock()必然要有unlock，每调用一次lock()，必然应该调用一次unlock()。不应该出现一次lock()，两次unlock()，非对称的数据调用必然会出错！！！lock和unlock用来保护代码，由程序开发者决定，明确决定从哪里保护到哪。

class ProcessRequest {
public:
	//把命令加入到一个队列
	void inMsgRecvQueue() {
		
		for (int i = 0; i < 100000; ++i) {
			my_mutex.lock();
			cout << "插入一个元素" << endl;
			m_msgRecvQueue.push_back(i); //假设这个队列表示玩家的命令
			my_mutex.unlock();
		} //占用时间片
	}

	bool outMsgLULProc(int &command) {
		if (!m_msgRecvQueue.empty()) {
			int command = m_msgRecvQueue.front();
			m_msgRecvQueue.pop_front();
			return true;
		}
		return false;
	}
	//把命令移出一个队列
		void outMsgRecvQueue() {
			int command = 0;
			for (int i = 0; i < 100000; ++i) {
				my_mutex.lock();
				bool result = outMsgLULProc(command);
				if (result == true) {
					cout << "outMsgRecvQueue() 执行，取出一个元素" << endl;
				}
				else
				{
					cout << "outMsgRecvQueue() 还执行，但是消息队列为空" << endl;
					//消息队列为空
				}
				my_mutex.unlock();
				//占用时间片
			}
		}
	
private:
	std::list<int> m_msgRecvQueue; //容器，用于表示玩家的发送过来命令
	std::mutex my_mutex;
};

std::lock_guard类模板

为了防止忘记写unlock，std::lock_guard，可以自动unlock，功能类似unique_ptr。类模板可以直接取代lock和unlock，同时取代两个，也就是说用了lock_guard之后不能使用lock和unlock了。

lock_guard构造函数里执行了 mutex::lock()，在析构函数里执行了mutex::unlock()。超出作用域析构，不用担心结果。

死锁

在操作系统中，进程互相竞争资源，但是资源有限，都在等待占用资源，运行完毕释放资源。C++中，至少两个锁才会产生死锁问题，一把锁不会产生死锁。多线程以及多进程改善了系统资源的利用率并提高了系统的处理能力。然而，并发执行也带来了新的问题——死锁。

死锁是指两个或两个以上的进程（线程）在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局（Deadly-Embrace) ) ，若无外力作用，这些进程（线程）都将无法向前推进。

某计算机系统中只有一台打印机和一台输入设备，进程P1正占用输入设备，同时又提出使用打印机的请求，但此时打印机正被进程P2 所占用，而P2在未释放打印机之前，又提出请求使用正被P1占用着的输入设备。这样两个进程相互无休止地等待下去，均无法继续执行，此时两个进程陷入死锁状态。

关于死锁的一些结论：

a)参与死锁的进程数至少为两个
b)参与死锁的所有进程均等待资源
c)参与死锁的进程至少有两个已经占有资源
d)死锁进程是系统中当前进程集合的一个子集
e)死锁会浪费大量系统资源，甚至导致系统崩溃

死锁

两个线程A和B:

a)A执行的时候，先锁金锁，金锁lock()成功，程序往下走，然后lock()银锁，还没锁成功，此时因为线程调度，上下文切换，一不小心，线程A切换走了。

b)线程B得到了执行的权限，先锁银锁，然后线程B要去lock金锁，此时此刻，死锁产生了。

分析：线程A，拿着金锁，等银锁。线程B，拿着银锁，等金锁。此时，两个线程流程都走不下去，所以后面的代码有解锁金锁的解不开，线程B拿不到金锁，流程走不下去，银锁解不开。

死锁的一般解决方案

只要调用顺序保持一致，就不会死锁。

Processor1{
mutex1.lock();
mutex2.lock();
//
....
//

mutex1.unlock();
mutex2.unlock();
}

Processor2{
mutex1.lock();
mutex2.lock();
//
...
//
mutex1.unlock();
mutex2.unlock();
}

std::lock()函数模板

std::lock_guard的std::adopt_lock参数

参考文献

https://blog.csdn.net/wljliujuan/article/details/79614019