Gleichzeitige C++-Programmierung: Wie erkennt und löst man Deadlock-Probleme?

Bei der gleichzeitigen C++-Programmierung tritt das Deadlock-Problem auf, wenn ein oder mehrere Threads unbegrenzt darauf warten, dass andere Threads Ressourcen freigeben, was dazu führt, dass das Programm hängen bleibt. Wir können std::lock_guard und std::unique_lock verwenden, um die Deadlock-Erkennung zu implementieren. Wenn ein Deadlock auftritt, wird eine std::system_error-Ausnahme ausgelöst. Zu den Methoden zum Auflösen von Deadlocks gehören der Erwerb von Sperren in der richtigen Reihenfolge, die Verwendung von zeitgesteuerten Sperren und Algorithmen zur Wiederherstellung von Deadlocks.

C++-Parallelprogrammierung: Wie man Deadlock-Probleme identifiziert und löst Diese Situation führt dazu, dass das Programm für immer hängen bleibt.

Um den Deadlock zu verstehen, stellen Sie sich das folgende Szenario vor:

Thread A hält Ressource R1 und versucht, Ressource R2 abzurufen.

Thread B hält Ressource R2 und versucht, Ressource R1 zu erhalten.

• Wenn beide Threads zu diesem Zeitpunkt in den Wartezustand wechseln und darauf warten, dass die andere Partei Ressourcen freigibt, kommt es zu einem Deadlock.
• Deadlock erkennen

In C++ können wir Sperren wie std::lock_guard und std::unique_lock verwenden, um Ressourcen zu schützen. Diese Sperren implementieren einen Deadlock-Erkennungsmechanismus, und wenn ein Deadlock erkannt wird, wird eine std::system_error-Ausnahme ausgelöst.

Wir können einen Deadlock erkennen, indem wir diese Ausnahme abfangen:

std::mutex m1;
std::mutex m2;

void foo() {
  // 获取锁
  std::lock_guard<std::mutex> lock1(m1);
  std::lock_guard<std::mutex> lock2(m2);

  // 其他操作...
}

int main() {
  try {
    foo();
  } catch (const std::system_error& e) {
    std::cerr << "死锁检测到：异常代码 " << e.code() << std::endl;
  }
}

Wenn beim Ausführen dieses Programms ein Deadlock auftritt, geben wir eine Fehlermeldung aus. std::lock_guard 和 std::unique_lock 这样的锁保护资源。这些锁实现了死锁检测机制，如果检测到死锁，会抛出 std::system_error 异常。

我们可以通过捕捉此异常来检测死锁：

class BankAccount {
public:
  int balance;
  std::mutex m;
};

void withdraw(BankAccount& account, int amount) {
  std::lock_guard<std::mutex> lock(account.m);
  if (account.balance >= amount)
    account.balance -= amount;
}

void deposit(BankAccount& account, int amount) {
  std::lock_guard<std::mutex> lock(account.m);
  account.balance += amount;
}

void withdraw(BankAccount& account, int amount) {
  std::lock_guard<std::mutex> lock(account.m);
  if (account.balance >= amount)
    account.balance -= amount;
}

void deposit(BankAccount& account, int amount) {
  std::lock_guard<std::mutex> lock(account.m);
  account.balance += amount;
}

如果在运行此程序时发生死锁，我们会打印错误消息。

解决死锁

一旦检测到死锁，就需要解决它。以下是一些常见的解决方案：

• 按顺序获取锁：通过强制以特定顺序获取锁（例如，始终先获取 R1，然后获取 R2），可以防止死锁。
• 使用计时锁：计时锁会在一段时间后超时，迫使线程释放资源。
• 死锁恢复算法：使用专门的算法，比如银行家算法，可以检测和恢复死锁。

实战案例

考虑以下代码，它在两个线程之间共享一个银行账户对象：

rrreee

如果两个线程同时调用 withdraw 和 deposit

Deadlocks lösen🎜🎜Sobald ein Deadlock erkannt wird, muss er behoben werden. Hier sind einige gängige Lösungen: 🎜🎜🎜Sperren in der richtigen Reihenfolge erwerben: Deadlocks können verhindert werden, indem man erzwingt, dass Sperren in einer bestimmten Reihenfolge erworben werden (z. B. immer zuerst R1 und dann R2 erwerben). 🎜🎜Verwenden Sie Zeitsperren: Zeitsperren werden nach einer gewissen Zeit abgelaufen und zwingen den Thread, Ressourcen freizugeben. 🎜🎜Deadlock-Recovery-Algorithmen: Deadlocks können mithilfe spezieller Algorithmen wie dem Banker-Algorithmus erkannt und wiederhergestellt werden. 🎜🎜🎜Praktischer Fall🎜🎜Betrachten Sie den folgenden Code, der ein Bankkontoobjekt zwischen zwei Threads teilt: 🎜rrreee🎜Wenn zwei Threads gleichzeitig withdraw und deposit aufrufen Funktion kann es zu einem Deadlock kommen. Wir können dieses Problem lösen, indem wir Schlösser in der folgenden Reihenfolge erwerben: 🎜rrreee

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