面试题：C++ 拷贝控制与资源管理在多线程环境下的挑战及解决方案

1. 多线程环境下 C++ 拷贝控制和资源管理面临的问题

竞争条件：多个线程同时访问和修改共享资源（如动态分配的内存、文件描述符等），导致数据不一致。例如，两个线程同时对同一个动态分配的对象进行拷贝构造或赋值操作，可能会导致内存释放两次或数据损坏。
死锁：线程之间相互等待对方释放资源，形成死循环。例如，线程 A 持有锁 L1 并等待锁 L2，而线程 B 持有锁 L2 并等待锁 A，此时就会发生死锁。

2. 解决方案

锁机制：
- 互斥锁（std::mutex）：用于保护共享资源，同一时间只有一个线程能获取锁并访问资源。
- 读写锁（std::shared_mutex）：允许多个线程同时进行读操作，但写操作时必须独占。适用于读多写少的场景。
原子操作：对基本数据类型（如 std::atomic<int>）的操作是原子的，不会被线程调度打断，避免竞争条件。适用于简单数据类型的无锁并发访问。

3. 代码示例

使用互斥锁保证资源管理的线程安全性

#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>

class Resource {
public:
    Resource() : data(0) {}
    Resource(const Resource& other) {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(other.mutex_);
        data = other.data;
    }
    Resource& operator=(const Resource& other) {
        if (this != &other) {
            std::lock_guard<std::mutex> lock(other.mutex_);
            data = other.data;
        }
        return *this;
    }
    ~Resource() {}

    void increment() {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_);
        ++data;
    }
    int get() const {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_);
        return data;
    }

private:
    int data;
    mutable std::mutex mutex_;
};

void threadFunction(Resource& res) {
    for (int i = 0; i < 1000; ++i) {
        res.increment();
    }
}

int main() {
    Resource res;
    std::thread t1(threadFunction, std::ref(res));
    std::thread t2(threadFunction, std::ref(res));

    t1.join();
    t2.join();

    std::cout << "Final value: " << res.get() << std::endl;
    return 0;
}

在上述代码中，Resource 类使用 std::mutex 来保护数据成员 data。在拷贝构造、赋值运算符和数据修改成员函数中，通过 std::lock_guard 自动管理锁的获取和释放，确保线程安全。

使用原子操作保证简单数据类型的线程安全性

#include <iostream>
#include <atomic>
#include <thread>

std::atomic<int> atomicData(0);

void atomicIncrement() {
    for (int i = 0; i < 1000; ++i) {
        atomicData++;
    }
}

int main() {
    std::thread t1(atomicIncrement);
    std::thread t2(atomicIncrement);

    t1.join();
    t2.join();

    std::cout << "Atomic final value: " << atomicData << std::endl;
    return 0;
}

此代码中，std::atomic<int> 类型的 atomicData 确保了自增操作的原子性，无需额外的锁，从而避免竞争条件。

星途面试题库

面试题：C++ 拷贝控制与资源管理在多线程环境下的挑战及解决方案

知识考点

面试题答案

1. 多线程环境下 C++ 拷贝控制和资源管理面临的问题

2. 解决方案

3. 代码示例