面试题：网络编程中，如何在多线程并发环境下保证线程安全的HTTP服务器设计

Question

假设你正在开发一个基于多线程的HTTP服务器，在处理多个客户端请求时，可能会出现资源竞争等线程安全问题。请描述至少两种常见的保证线程安全的方法，并说明每种方法在这种场景下的优缺点。

Answer 1

1. 互斥锁（Mutex）

• 原理：互斥锁是一种二元信号量，同一时刻只允许一个线程进入临界区，访问共享资源，从而避免资源竞争。
• 优点：
  • 简单直观，易于理解和实现。在HTTP服务器场景中，对于简单的共享资源（如计数器记录活跃连接数），使用互斥锁能快速保证线程安全。
  • 对应用程序的侵入性较小，只需在访问共享资源前后加锁解锁即可。
• 缺点：
  • 性能开销较大。每次加锁解锁操作都需要操作系统进行上下文切换，在高并发场景下，频繁的加锁解锁会降低服务器的整体性能。
  • 可能产生死锁。如果多个线程以不同顺序获取多个互斥锁，就可能导致死锁。例如，线程A获取锁1，线程B获取锁2，然后线程A尝试获取锁2，线程B尝试获取锁1，此时就会发生死锁。

2. 读写锁（Read - Write Lock）

• 原理：读写锁区分了读操作和写操作。允许多个线程同时进行读操作，因为读操作不会修改共享资源，不会产生数据不一致问题。但只允许一个线程进行写操作，且在写操作时不允许其他线程进行读或写操作。
• 优点：
  • 在HTTP服务器中，如果有大量的读操作（如读取配置文件等共享资源）和少量的写操作（如更新配置文件），读写锁能显著提高性能。读操作可以并行执行，减少了线程等待时间。
  • 相比于互斥锁，读写锁能更好地适应读多写少的场景，提高系统的并发处理能力。
• 缺点：
  • 实现相对复杂，需要考虑读锁和写锁的获取、释放顺序以及优先级等问题。
  • 如果写操作过于频繁，会导致读线程长时间等待，降低系统的整体性能。同时，读写锁同样存在死锁风险，例如写线程获取写锁后，读线程又尝试获取读锁，可能引发死锁。