面试题：C语言Linux网络编程中的多线程性能优化

避免线程竞争和死锁及提高性能的线程模型设计

合理使用互斥锁
- 关键资源保护：在多线程访问共享资源（如共享内存区域、文件描述符等）时，对每个共享资源使用一个互斥锁。例如，若多个线程需要读写一个全局的连接池数据结构，可定义一个互斥锁 pthread_mutex_t pool_mutex;，在访问连接池前通过 pthread_mutex_lock(&pool_mutex); 锁定互斥锁，访问结束后使用 pthread_mutex_unlock(&pool_mutex); 解锁。
- 粒度控制：尽量减小互斥锁的粒度。比如，若连接池中有不同部分的数据（如空闲连接列表和已使用连接列表），可考虑为每个部分分别设置互斥锁，而不是对整个连接池使用一个大的互斥锁，这样能减少线程等待时间，提高并发性能。
条件变量的使用
- 线程间同步：当某个线程需要等待某个条件满足才能继续执行时，可使用条件变量。例如，在线程池场景下，若任务队列空了，工作线程需要等待新任务到来。定义条件变量 pthread_cond_t task_cond; 和互斥锁 pthread_mutex_t task_mutex;。工作线程在任务队列空时执行：

pthread_mutex_lock(&task_mutex);
while (task_queue_is_empty()) {
    pthread_cond_wait(&task_cond, &task_mutex);
}
// 获取任务并处理
pthread_mutex_unlock(&task_mutex);

信号通知：当有新任务加入任务队列时，持有 task_mutex 锁的线程（如主线程接收新连接时创建新任务加入队列）通过 pthread_cond_signal(&task_cond); 通知等待在条件变量上的工作线程。若有多个工作线程等待，也可使用 pthread_cond_broadcast(&task_cond); 通知所有等待线程。

避免死锁
- 加锁顺序一致：确保所有线程以相同顺序获取多个互斥锁。例如，若线程有时需要同时获取 mutex1 和 mutex2，则所有线程都应先获取 mutex1，再获取 mutex2。
- 避免嵌套锁：尽量避免在持有一个锁的情况下获取另一个锁，除非绝对必要。若必须嵌套，要仔细设计锁的获取和释放逻辑，防止死锁。
- 使用超时机制：在获取锁时可使用带超时的函数，如 pthread_mutex_timedlock()。若在一定时间内未能获取到锁，线程可以选择放弃或执行其他操作，避免无限期等待导致死锁。

线程池的设计与实现

线程池数据结构设计
- 任务队列：使用链表或数组来实现任务队列。链表实现更灵活，可动态添加和删除任务。例如，定义任务结构体：

typedef struct Task {
    void (*func)(void*);
    void *arg;
    struct Task *next;
} Task;

线程数组：定义一个数组来存放线程 pthread_t *threads;，并记录线程池中的线程数量 int thread_count;。
同步机制：包含上述提到的用于保护任务队列的互斥锁 pthread_mutex_t task_mutex; 和条件变量 pthread_cond_t task_cond;，以及记录任务队列当前任务数量的变量 int task_count;。

线程池初始化
- 初始化互斥锁和条件变量：

pthread_mutex_init(&task_mutex, NULL);
pthread_cond_init(&task_cond, NULL);

创建线程：

threads = (pthread_t *)malloc(thread_count * sizeof(pthread_t));
for (int i = 0; i < thread_count; i++) {
    pthread_create(&threads[i], NULL, worker_thread, NULL);
}

其中 worker_thread 是工作线程的执行函数。

工作线程函数

void *worker_thread(void *arg) {
    while (1) {
        Task *task;
        pthread_mutex_lock(&task_mutex);
        while (task_count == 0) {
            pthread_cond_wait(&task_cond, &task_mutex);
        }
        task = get_task_from_queue();
        task_count--;
        pthread_mutex_unlock(&task_mutex);
        if (task) {
            task->func(task->arg);
            free(task);
        }
    }
    return NULL;
}

添加任务到线程池

void add_task_to_pool(void (*func)(void*), void *arg) {
    Task *new_task = (Task *)malloc(sizeof(Task));
    new_task->func = func;
    new_task->arg = arg;
    new_task->next = NULL;
    pthread_mutex_lock(&task_mutex);
    add_task_to_queue(new_task);
    task_count++;
    pthread_cond_signal(&task_cond);
    pthread_mutex_unlock(&task_mutex);
}

线程池销毁
- 首先设置一个标志表示线程池要销毁，例如 int pool_destroy = 1;。
- 然后向任务队列中添加特殊任务（如 NULL 任务），以通知工作线程退出。
- 等待所有线程结束：

for (int i = 0; i < thread_count; i++) {
    pthread_join(threads[i], NULL);
}

最后释放相关资源，如销毁互斥锁、条件变量，释放任务队列和线程数组的内存等。

通过以上设计，可有效避免线程竞争和死锁，实现高效的多线程并发处理，在线程池的帮助下，能更合理地管理线程资源，提高基于C语言的Linux网络应用的整体性能。

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面试题：C语言Linux网络编程中的多线程性能优化

知识考点

面试题答案

避免线程竞争和死锁及提高性能的线程模型设计

线程池的设计与实现