面试题：C++多线程全局变量引用下的死锁预防与优化

检测死锁

死锁检测算法：
- 资源分配图算法：可以构建资源分配图（RAG），其中节点表示线程和资源（这里的锁和 globalMap 等数据结构可视为资源），边表示线程对资源的请求和分配关系。通过对RAG进行分析，如使用深度优先搜索（DFS）算法来检测图中是否存在环，若存在环则可能发生死锁。
- 超时检测：为每个锁的获取操作设置一个超时时间。例如，使用 std::unique_lock 的带超时版本 std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex1, std::chrono::seconds(2));，如果在规定时间内没有获取到锁，则认为可能出现死锁情况，线程可以进行相应处理，如释放已获取的锁并重新尝试。
日志记录和分析：
- 在锁获取和释放操作的关键位置添加日志记录，例如使用 std::cout 或者专业的日志库（如 spdlog）记录线程ID、锁获取和释放的时间、锁的类型等信息。通过分析日志文件，可以发现异常的锁获取顺序和长时间未释放锁的情况，从而定位死锁问题。

预防死锁

统一锁获取顺序：
- 所有线程都按照相同的顺序获取锁，例如先获取 mutex1，再获取 mutex2。这样可以避免形成死锁的循环等待条件。例如：

// 所有线程都按此顺序获取锁
std::unique_lock<std::mutex> lock1(mutex1);
std::unique_lock<std::mutex> lock2(mutex2);
// 操作 globalMap
globalMap[1] = 1;

使用锁层次结构：
- 为锁分配层次编号，例如 mutex1 的层次编号为1，mutex2 的层次编号为2。线程在获取锁时，只能从低层次编号的锁开始获取，然后按顺序获取高层次编号的锁。在获取锁之前，线程需要检查当前已获取的锁的层次编号，如果新锁的层次编号低于当前已获取锁的最高层次编号，则不能获取该锁，从而防止死锁。
使用 std::lock：
- 使用 std::lock 函数来同时获取多个锁，它会以一种无死锁的方式获取所有锁。例如：

std::lock(mutex1, mutex2);
std::unique_lock<std::mutex> lock1(mutex1, std::adopt_lock);
std::unique_lock<std::mutex> lock2(mutex2, std::adopt_lock);
// 操作 globalMap

架构优化

细粒度锁：
- 如果 globalMap 的操作可以细分为多个独立部分，可以为 globalMap 的不同部分设置不同的锁。例如，如果 globalMap 中某些键值对是经常独立操作的，可以为这些部分分别设置锁，减少锁的粒度，提高并发性能。例如：

std::map<int, int> globalMap1;
std::map<int, int> globalMap2;
Mutex mutexMap1;
Mutex mutexMap2;
// 线程1操作 globalMap1
{
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mutexMap1);
    globalMap1[1] = 1;
}
// 线程2操作 globalMap2
{
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mutexMap2);
    globalMap2[2] = 2;
}

读写锁：
- 如果对 globalMap 的操作读多写少，可以使用读写锁（如 std::shared_mutex）。读操作时，多个线程可以同时获取读锁，提高并发读性能；写操作时，获取写锁，独占访问 globalMap，保证数据一致性。例如：

std::shared_mutex globalMapMutex;
// 读操作
{
    std::shared_lock<std::shared_mutex> lock(globalMapMutex);
    int value = globalMap[1];
}
// 写操作
{
    std::unique_lock<std::shared_mutex> lock(globalMapMutex);
    globalMap[1] = 1;
}

无锁数据结构：
- 对于 globalMap，如果适用，可以考虑使用无锁数据结构，如 std::unordered_map 的无锁版本（一些第三方库提供）。无锁数据结构通过使用原子操作等方式避免了锁的争用，提高并发性能，但实现和使用较为复杂，需要仔细考虑数据一致性和内存模型等问题。
线程池：
- 使用线程池来管理线程的创建和销毁，可以减少线程创建和销毁的开销。例如，使用 std::thread 结合 std::queue 实现简单线程池，或者使用专业的线程池库（如 boost::thread_pool）。线程池可以根据系统资源和任务负载动态调整线程数量，提高系统的整体性能和稳定性。

星途面试题库

面试题：C++多线程全局变量引用下的死锁预防与优化

知识考点

面试题答案

检测死锁

预防死锁

架构优化