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面试题：C语言中Linux互斥锁死锁场景分析与解决

描述一个在多线程环境下，使用C语言结合Linux互斥锁可能出现死锁的场景，并说明如何避免这种死锁情况，给出代码示例及分析。
22.6万 热度难度
编程语言C

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面试题答案

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可能出现死锁的场景

在多线程环境下，当多个线程以不同顺序获取多个互斥锁时，就可能出现死锁。例如，线程A获取互斥锁1，然后尝试获取互斥锁2；而线程B获取互斥锁2，然后尝试获取互斥锁1。如果这两个操作同时进行，就会导致死锁。

代码示例

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

// 定义两个互斥锁
pthread_mutex_t mutex1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_t mutex2 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void* thread_function1(void* arg) {
    // 线程1获取mutex1
    pthread_mutex_lock(&mutex1);
    printf("Thread 1 has locked mutex1\n");

    // 线程1尝试获取mutex2
    pthread_mutex_lock(&mutex2);
    printf("Thread 1 has locked mutex2\n");

    // 解锁操作（这里不会执行到，因为死锁了）
    pthread_mutex_unlock(&mutex2);
    pthread_mutex_unlock(&mutex1);

    return NULL;
}

void* thread_function2(void* arg) {
    // 线程2获取mutex2
    pthread_mutex_lock(&mutex2);
    printf("Thread 2 has locked mutex2\n");

    // 线程2尝试获取mutex1
    pthread_mutex_lock(&mutex1);
    printf("Thread 2 has locked mutex1\n");

    // 解锁操作（这里不会执行到，因为死锁了）
    pthread_mutex_unlock(&mutex1);
    pthread_mutex_unlock(&mutex2);

    return NULL;
}

分析

在上述代码中，thread_function1先获取mutex1，再获取mutex2；而thread_function2先获取mutex2，再获取mutex1。如果这两个线程同时运行，就可能出现线程1持有mutex1，线程2持有mutex2，然后双方都在等待对方持有的锁，从而导致死锁。

避免死锁的方法

  1. 按顺序获取锁：所有线程都按照相同的顺序获取互斥锁。
  2. 使用超时机制：在获取锁时设置一个超时时间，如果在规定时间内没有获取到锁，则放弃并释放已获取的锁。

按顺序获取锁的代码示例

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

// 定义两个互斥锁
pthread_mutex_t mutex1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_t mutex2 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void* thread_function1(void* arg) {
    // 线程1按顺序获取mutex1和mutex2
    pthread_mutex_lock(&mutex1);
    printf("Thread 1 has locked mutex1\n");

    pthread_mutex_lock(&mutex2);
    printf("Thread 1 has locked mutex2\n");

    // 解锁操作
    pthread_mutex_unlock(&mutex2);
    pthread_mutex_unlock(&mutex1);

    return NULL;
}

void* thread_function2(void* arg) {
    // 线程2也按顺序获取mutex1和mutex2
    pthread_mutex_lock(&mutex1);
    printf("Thread 2 has locked mutex1\n");

    pthread_mutex_lock(&mutex2);
    printf("Thread 2 has locked mutex2\n");

    // 解锁操作
    pthread_mutex_unlock(&mutex2);
    pthread_mutex_unlock(&mutex1);

    return NULL;
}

分析

在这个改进的代码中，thread_function1和thread_function2都按照先获取mutex1，再获取mutex2的顺序进行操作。这样就避免了死锁的发生，因为不会出现一个线程持有mutex2等待mutex1，而另一个线程持有mutex1等待mutex2的情况。