面试题：C++函数指针在多线程事件驱动编程中的挑战与解决方案

挑战及原因分析

竞态条件
- 原因：多个线程同时访问和修改共享资源（如事件队列）时，如果没有适当的同步机制，就会出现竞态条件。例如，一个线程在读取事件队列准备处理事件时，另一个线程可能同时在向队列中添加新事件，导致数据不一致。
- 解决方案：使用互斥锁（std::mutex）来保护共享资源。在访问共享资源（如事件队列）前锁定互斥锁，访问结束后解锁。
死锁
- 原因：死锁通常发生在多个线程相互等待对方释放资源的情况下。例如，线程A持有锁1并等待锁2，而线程B持有锁2并等待锁1，这样两个线程都无法继续执行。
- 解决方案：采用资源分配图算法（如银行家算法）来检测和避免死锁。在实际编程中，按顺序获取锁是一种简单有效的方法，即所有线程都以相同顺序获取所需的锁。
数据一致性
- 原因：当多个线程对共享数据进行读写操作时，由于线程执行的不确定性，可能导致数据处于不一致状态。例如，一个线程正在更新一个复杂数据结构的部分成员，此时另一个线程读取该数据结构，可能得到不完整或错误的数据。
- 解决方案：除了使用互斥锁外，还可以使用读写锁（std::shared_mutex）。对于读操作，可以允许多个线程同时进行（共享访问）；对于写操作，需要独占访问，以确保数据一致性。

代码示例

#include <iostream>
#include <thread>
#include <queue>
#include <mutex>
#include <functional>

// 事件类型
using Event = std::function<void()>;
// 事件队列
std::queue<Event> eventQueue;
// 互斥锁保护事件队列
std::mutex queueMutex;

// 模拟事件处理函数
void handleEvent() {
    std::cout << "Handling event" << std::endl;
}

// 事件生产者线程函数
void producer() {
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(queueMutex);
        eventQueue.push(handleEvent);
        lock.unlock();
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
    }
}

// 事件消费者线程函数
void consumer() {
    while (true) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(queueMutex);
        if (!eventQueue.empty()) {
            Event event = eventQueue.front();
            eventQueue.pop();
            lock.unlock();
            event();
        } else {
            lock.unlock();
            std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
        }
    }
}

int main() {
    std::thread producerThread(producer);
    std::thread consumerThread(consumer);

    producerThread.join();
    consumerThread.join();

    return 0;
}

在上述代码中，通过std::mutex保护eventQueue，避免竞态条件。生产者线程向队列中添加事件，消费者线程从队列中取出事件并处理，确保了事件驱动系统在多线程环境下的稳定性和正确性。

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