面试题：C++ 多线程环境下析构函数的异常处理

Question

在一个多线程的 C++ 程序中，有一个类 `SharedData` 被多个线程共享，其析构函数需要进行复杂的清理操作，并且在清理过程中可能抛出异常。假设使用了互斥锁来保护共享数据的访问。阐述如何在多线程环境下正确处理 `SharedData` 析构函数中的异常，以确保数据一致性和避免死锁等问题。同时，说明在这种场景下异常安全的设计原则和最佳实践。

Answer 1

处理 SharedData 析构函数中异常的方法

1. 避免在析构函数中抛出异常：尽量重构代码，将复杂的清理操作移到一个普通成员函数（如 cleanup）中，由调用者负责在对象生命周期结束前显式调用该函数并处理可能抛出的异常。这样可以保证析构函数不会抛出异常，遵循 C++ 中 “析构函数不应该抛出异常” 的原则。
2. 如果无法避免在析构函数中抛出异常：
   • 使用 try - catch 块：在析构函数内部使用 try - catch 块捕获异常，进行必要的本地清理，并记录异常信息（例如写入日志）。然后，以一种安全的方式终止程序，如调用 std::abort()。因为继续执行可能导致未定义行为，在多线程环境下尤其危险。

确保数据一致性和避免死锁

1. 使用锁的粒度控制：确保在清理操作期间，只持有必要的互斥锁，尽量缩短持有锁的时间。如果清理操作中有多个步骤，可以将操作分解，在每个步骤前获取所需的锁，操作完成后立即释放锁。
2. 死锁检测与预防：使用死锁检测工具（如 Valgrind 的 Helgrind 工具）来检测潜在的死锁。遵循锁的获取顺序规则，确保所有线程以相同的顺序获取多个互斥锁，避免循环依赖导致的死锁。

异常安全设计原则和最佳实践

1. 基本异常安全：保证在异常抛出时，对象处于有效但未定义的状态，不会泄露资源。例如，对象中的指针成员应在析构函数中正确释放。
2. 强异常安全：在异常抛出时，对象状态保持不变，所有操作要么完全成功，要么完全回滚。这通常需要使用事务性的操作，在操作过程中保存对象的原始状态，若发生异常则恢复到原始状态。
3. 无异常安全：确保函数在任何情况下都不会抛出异常，通常用于底层系统代码或者对性能要求极高且不能容忍异常开销的场景。
4. 资源管理：使用智能指针（如 std::unique_ptr 和 std::shared_ptr）来管理资源，它们的析构函数是异常安全的，能够自动释放资源，避免资源泄露。
5. 异常规范：虽然现代 C++ 不推荐使用旧的异常规范（如 throw()），但明确函数可能抛出的异常类型有助于调用者正确处理异常，提高代码的可读性和可维护性。