[C++知识库]c++ 多线程死锁调试

c++ 多线程死锁调试

c++标准库中的锁

1. std::mutex：最基本的互斥对象
2. std::recursive_mutex：可以递归使用（重入）的互斥对象，递归调用不会导致死锁
3. std::timed_mutex：带有超时功能，可以提供一个等待时间，如果超过这个时间则不会继续等待，返回失败
4. std::recursive_timed_mutex：超时可重入互斥对象

RAII

• std::lock_gurad
• std::unique_lock
• std::shared_lock

std::mutex

std::mutex _mutex;

std::lock_guard<std::mutex> lock1(_mutex);
std::lock_guard<std::mutex> lock2(_mutex);

std::timed_mutex

如果使用超时功能，需要调用try_lock_for方法

std::timed_mutex _mutex;

int get()
{
    if(_mutex.try_lock_for(std::chrono::milliseconds(2000)))
    {
        _mutex.unlock();
    }
}

void get(int data)
{
    if(_mutex.try_lock_for(std::chrono::milliseconds(2000)))
    {
        _mutex.unlock();
    }
}

recursive_mutex和recursive_timed_mutex的使用方法与前面的mutex和timed_mutex一一对应，只是recursive版本可以重入，可以递归调用。只需要将mutex替换成recursive_mutex，将timed_mutex替换成recursive_timed_mutex即可。

死锁调试（Linux）

/*test.cpp*/

#include <thread>
#include <iostream>
#include <mutex>

using namespace std;

mutex _mutex1;
mutex _mutex2;
int data1;
int data2;

int
do_work_1()
{
    std::cout << "线程函数do_work_1开始\n" << std::endl;
    lock_guard<mutex> locker1(_mutex1);
    //模拟做一些事情
    data1++;
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
    lock_guard<mutex> locker2(_mutex2);
    data2++;
    std::cout << "线程函数do_work_1结束 " << std::endl;
    return 0;
}

int
do_work_2()
{
    std::cout << "线程函数do_work_2开始\n" << std::endl;
    lock_guard<mutex> locker2(_mutex2);
    //模拟做一些事情
    data2++;
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
    lock_guard<mutex> locker1(_mutex1);

    data1++;
    std::cout << "线程函数do_work_2结束 " << std::endl;
    return 0;
}

int
main()
{
    thread t1(do_work_1);
    thread t2(do_work_2);
    t1.join();
    t2.join();
    cout << "线程运行结束" << endl;
    return 0;
}

调试思路（4.4.2）：

gdb ./test
(gdb) r #程序卡住
(gdb) ctrl + c #使程序中断
(gdb) bt #查看当前调用栈情况
(gdb) f 3 #将栈帧切换到main函数
#初步预测是死锁，接下来查看线程执行了什么操作
(gdb) i threads #查看当前进程中包含哪些线程
(gdb) t 2 #切换到2号线程
(gdb) bt #查看2号线程的堆栈信息，找到代码所在的栈帧
(gdb) f 5 #切换到代码所在栈帧
(gdb) l #查看源码
#确实发生死锁，需要看其它线程进一步确认
(gdb) t 3
(gdb) bt
(gdb) f 5
(gdb) l

死锁条件

• 互斥条件
• 保持和请求条件
• 不可剥夺条件
• 循环等待条件

解决办法

• 多个线程按照相同的顺序来使用锁
• 减少锁的使用范围，尽量把锁的使用范围局限于最小作用域中
• 使用超时机制
• 使用RAII机制