面试题：Rust互斥场景下的死锁预防及优化

Question

在复杂的Rust多线程程序中，使用Mutex时可能会出现死锁问题。请分析死锁产生的原因，并阐述至少两种预防死锁的策略。另外，在频繁读写共享数据的场景下，如何优化基于Mutex的实现以提高性能？

Answer 1

死锁产生原因

1. 资源竞争：多个线程同时竞争多个资源，并且获取资源的顺序不一致。例如线程A获取资源1后尝试获取资源2，而线程B获取资源2后尝试获取资源1，若此时资源1和2都已被占用，就会导致死锁。
2. 循环等待：线程之间形成了一种环形的资源依赖关系，每个线程都在等待下一个线程释放资源，从而形成死锁。

预防死锁的策略

1. 资源分配图算法：通过构建资源分配图，并使用算法（如银行家算法）来检测和避免死锁。在每次资源分配前，检查此次分配是否会导致系统进入不安全状态，如果会则拒绝分配。
2. 固定资源获取顺序：所有线程都按照相同的顺序获取资源。例如，如果有资源A、B、C，所有线程都先获取A，再获取B，最后获取C。这样可以避免循环等待的情况。

频繁读写共享数据场景下基于Mutex的性能优化

1. 读写锁（RwLock）：在频繁读写共享数据场景下，读操作可以并发执行，而写操作需要独占访问。使用RwLock可以允许多个线程同时进行读操作，只有在写操作时才会独占锁，从而提高并发性能。
2. 细粒度锁：将大的共享数据拆分成多个小的部分，每个部分使用单独的Mutex。这样不同线程可以同时访问不同部分的数据，减少锁的竞争。例如，对于一个包含多个字段的结构体，可以为每个字段或者几个相关字段设置单独的Mutex。