面试题：并发与同步：互斥锁在多线程环境下如何保证线程安全

使用互斥锁确保共享资源线程安全的描述

互斥锁（Mutex，即Mutual Exclusion的缩写）是一种用于多线程编程中保护共享资源的同步原语。当一个线程获取到互斥锁时，其他线程就无法获取该锁，直到持有锁的线程释放它。这样就保证了在同一时间只有一个线程能够访问并修改共享资源，从而确保线程安全。

代码示例（以Python为例）

import threading

# 共享资源
shared_variable = 0
# 创建互斥锁
mutex = threading.Lock()

def increment():
    global shared_variable
    for _ in range(100000):
        # 获取互斥锁
        mutex.acquire()
        try:
            shared_variable += 1
        finally:
            # 释放互斥锁
            mutex.release()

# 创建多个线程
threads = []
for _ in range(10):
    t = threading.Thread(target=increment)
    threads.append(t)
    t.start()

# 等待所有线程完成
for t in threads:
    t.join()

print("Final value of shared variable:", shared_variable)

使用互斥锁可能出现的问题及避免方法

死锁：
- 问题描述：当两个或多个线程相互等待对方释放锁时，就会发生死锁。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。
- 避免方法：
  - 按照固定顺序获取锁。例如，总是先获取锁1，再获取锁2，避免交叉获取。
  - 使用超时机制。在获取锁时设置一个超时时间，如果在规定时间内未能获取到锁，则放弃获取并进行相应处理。
性能问题：
- 问题描述：过多的锁竞争会导致性能下降，因为线程在等待锁时会被阻塞，无法执行其他任务。
- 避免方法：
  - 尽量缩短锁的持有时间，只在真正访问和修改共享资源的代码段加锁。
  - 减少锁的粒度，将大的共享资源拆分成多个小的部分，每个部分使用单独的锁，这样不同线程可以同时访问不同部分的资源。
饥饿：
- 问题描述：某些线程可能长时间无法获取到锁，因为其他线程频繁获取和释放锁。
- 避免方法：
  - 使用公平锁（如果编程语言或库支持），公平锁会按照请求顺序分配锁，避免某些线程被一直阻塞。
  - 定期提升低优先级线程的优先级，确保每个线程都有机会获取锁。

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面试题：并发与同步：互斥锁在多线程环境下如何保证线程安全

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面试题答案

使用互斥锁确保共享资源线程安全的描述

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使用互斥锁可能出现的问题及避免方法