面试题：网络编程中如何避免多线程资源竞争陷阱

Question

在后端网络编程的高性能并发场景下，多线程访问共享资源时容易出现资源竞争问题。请描述你所知道的避免资源竞争的方法，比如使用锁机制，谈谈你对互斥锁、读写锁等的理解与应用场景，并且简单说明如何在实际代码中正确使用它们以防止死锁。

Answer 1

避免资源竞争的方法

1. 锁机制：通过限制同一时间只有一个线程能够访问共享资源，从而避免资源竞争。
2. 信号量：可以控制同时访问共享资源的线程数量，不仅能用于互斥，还能用于控制并发访问数量。
3. 无锁数据结构：如使用原子操作构建的数据结构，避免使用锁，减少锁带来的开销，实现线程安全的数据访问。

对互斥锁、读写锁的理解与应用场景

1. 互斥锁
   • 理解：互斥锁是一种二元信号量，它只有两种状态：锁定和未锁定。线程在访问共享资源前需要先获取互斥锁，访问结束后释放互斥锁。同一时间只有一个线程可以持有互斥锁，以此保证共享资源的互斥访问。
   • 应用场景：适用于读写操作都可能修改共享资源的场景，比如对银行账户余额的操作，无论读取还是修改都需要保证操作的原子性，防止其他线程同时修改导致数据不一致。
2. 读写锁
   • 理解：读写锁区分了读操作和写操作。允许多个线程同时进行读操作，因为读操作不会修改共享资源，不会产生数据不一致问题。但是写操作必须是独占的，即当有一个线程在进行写操作时，其他线程既不能读也不能写。
   • 应用场景：适用于读多写少的场景，例如数据库缓存，大量线程可能同时读取缓存数据，但只有在数据更新时才需要进行写操作。

在实际代码中正确使用以防止死锁

1. 按顺序获取锁：如果一个线程需要获取多个锁，所有线程都按照相同的顺序获取锁。例如，线程A和线程B都需要获取锁1和锁2，那么它们都先获取锁1，再获取锁2，这样就避免了循环等待的情况。
2. 使用定时锁：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，则放弃获取并进行相应处理，避免无限期等待。
3. 避免嵌套锁：尽量减少锁的嵌套使用，嵌套锁增加了死锁的风险。如果确实需要嵌套，要严格按照顺序获取和释放锁。
4. 死锁检测与恢复：可以使用一些工具（如死锁检测工具）在程序运行过程中检测死锁。一旦检测到死锁，采取相应的恢复策略，如终止部分线程，释放资源。