c++ - 使用 std::mutex 模拟死锁

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，我遇到了一个僵局。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

你的两个代码片段没有可比性。第二个片段锁定并立即解锁每个互斥体，因为临时 lock_guard 对象在分号处被销毁:

std::lock_guard<std::mutex>(cont1._lock);  // temporary object

使用锁守卫的正确方法是为它们创建作用域变量:

{
    std::lock_guard<std::mutex> lock(my_mutex);

    // critical section here

}   // end of critical section, "lock" is destroyed, calling mutex.unlock()

(请注意，还有一个相似但不同的常见错误:

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，此代码格式错误，因为 std::lock_guard 没有默认构造函数。但它会编译，比如说，std::unique_lock，而且它也不会最终锁定任何东西。)

现在来解决真正的问题: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，甚至在您的示例所示的本地情况下，就单个锁定顺序达成一致可能是不可行的。在这种情况下，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 的新可变锁保护模板:

void f_17()
{
    std::scoped_lock lock(mu1, mu2);

    // ...
}

scoped_lock的构造函数使用与std::lock相同的算法，因此两者可以兼容使用。