面试题：进程管理之高级难度：复杂场景下线程共享资源管理

Question

在一个多核CPU且高并发的服务器应用场景中，多个线程频繁地对进程中的共享资源（如数据库连接池）进行读写操作，为保证数据一致性和系统性能，应如何设计线程共享进程资源的管理机制？请详细阐述相关的策略、数据结构和同步技术。

Answer 1

策略

1. 资源池化：将共享资源（如数据库连接池）进行池化管理，预先创建一定数量的连接对象，线程需要时从池中获取，使用完毕后归还，减少创建和销毁连接的开销。
2. 读写分离：对于读多写少的场景，将读操作和写操作分离。读操作可以并行执行，写操作则需保证互斥，避免数据不一致。
3. 负载均衡：在多核CPU环境下，合理分配线程到不同的CPU核心，避免某个核心负载过重，可采用线程亲和性技术，将特定线程固定到特定核心。

数据结构

1. 队列：用于管理待处理的任务或资源请求，如连接请求队列。先进先出的特性可以保证请求处理的顺序性。
2. 哈希表：在管理连接池等资源时，可使用哈希表快速定位特定的资源对象，提高资源获取和归还的效率。

同步技术

1. 互斥锁（Mutex）：用于保护共享资源，确保同一时间只有一个线程能访问共享资源。写操作必须加锁，读操作若需要保证数据一致性也可加锁。例如在修改数据库连接池的连接状态时，使用互斥锁防止多个线程同时修改导致数据错误。
2. 读写锁（Read - Write Lock）：适用于读写分离场景。允许多个线程同时进行读操作，但只允许一个线程进行写操作。读操作时获取读锁，写操作时获取写锁，写锁优先级应适当提高以避免写操作饥饿。
3. 信号量（Semaphore）：可用于限制同时访问共享资源的线程数量。例如在数据库连接池场景下，信号量的值可设置为连接池的最大连接数，线程获取信号量后才能获取连接，使用完归还信号量，保证不会有超过连接池容量的线程同时使用连接。
4. 条件变量（Condition Variable）：与互斥锁配合使用，用于线程间的同步和通信。比如当连接池为空时，获取连接的线程可以等待在条件变量上，当有连接归还时，通过条件变量唤醒等待的线程。