面试题：C语言多线程中条件变量的死锁场景分析

可能导致死锁的场景示例

假设有两个线程 thread1 和 thread2，它们共享两个资源 resource1 和 resource2，并使用互斥锁 mutex1 和 mutex2 来保护对这些资源的访问，同时使用条件变量 cond 进行线程间通信。

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>

pthread_mutex_t mutex1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_t mutex2 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
int flag = 0;

void* thread1_func(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex1);
    while (flag == 0) {
        pthread_cond_wait(&cond, &mutex1);
    }
    pthread_mutex_lock(&mutex2);
    // 访问共享资源 resource1 和 resource2
    printf("Thread 1 accessing resources\n");
    pthread_mutex_unlock(&mutex2);
    pthread_mutex_unlock(&mutex1);
    return NULL;
}

void* thread2_func(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex2);
    flag = 1;
    pthread_cond_signal(&cond);
    pthread_mutex_lock(&mutex1);
    // 访问共享资源 resource1 和 resource2
    printf("Thread 2 accessing resources\n");
    pthread_mutex_unlock(&mutex1);
    pthread_mutex_unlock(&mutex2);
    return NULL;
}

在上述代码中，如果 thread1 先获取了 mutex1，然后进入 pthread_cond_wait 等待条件变量 cond，此时 mutex1 被解锁。接着 thread2 获取了 mutex2，设置 flag 为 1 并发送 cond 信号，但之后 thread2 尝试获取 mutex1，而 mutex1 此时被 thread1 持有（虽然 thread1 在 pthread_cond_wait 中解锁了 mutex1，但还未重新获取），这样就会导致死锁。

避免死锁的方法

按顺序获取锁：所有线程按照相同的顺序获取互斥锁。例如，在上述场景中，无论是 thread1 还是 thread2，都先获取 mutex1，再获取 mutex2。修改后的 thread2_func 如下：

void* thread2_func(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex1);
    flag = 1;
    pthread_cond_signal(&cond);
    pthread_mutex_lock(&mutex2);
    // 访问共享资源 resource1 和 resource2
    printf("Thread 2 accessing resources\n");
    pthread_mutex_unlock(&mutex2);
    pthread_mutex_unlock(&mutex1);
    return NULL;
}

使用锁层次：为每个锁分配一个层次编号，线程必须从低层次到高层次获取锁。这样可以确保所有线程以一致的顺序获取锁，避免死锁。
超时机制：在获取锁时设置超时，如果在一定时间内未能获取到锁，则放弃并释放已经获取的锁，然后重试或采取其他策略。例如，可以使用 pthread_mutex_timedlock 代替 pthread_mutex_lock。

struct timespec timeout;
clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &timeout);
timeout.tv_sec += 1; // 设置超时时间为1秒
if (pthread_mutex_timedlock(&mutex1, &timeout) == ETIMEDOUT) {
    // 超时处理
    return NULL;
}

资源分配图算法：在复杂场景下，可以使用资源分配图算法（如死锁检测算法）定期检测死锁，并采取相应措施，如终止某些线程来打破死锁。

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避免死锁的方法