面试题：进程管理：多线程环境下共享资源的挑战及与进程对比

Question

在多线程编程中，共享资源会带来哪些挑战？与进程相比，线程在处理共享资源时，其机制和复杂度有何不同？请举例说明。

Answer 1

共享资源在多线程编程中的挑战

1. 竞态条件（Race Condition）：多个线程同时访问和修改共享资源，由于执行顺序的不确定性，导致最终结果依赖于线程执行的时序。例如，多个线程对同一个全局变量进行累加操作，如果没有合适的同步机制，最终结果可能与预期不符。
2. 死锁（Deadlock）：两个或多个线程相互等待对方释放资源，从而导致所有线程都无法继续执行。比如线程A持有资源1并等待资源2，而线程B持有资源2并等待资源1，就会形成死锁。
3. 内存可见性问题：不同线程对共享变量的修改可能不会及时被其他线程看到。例如，一个线程修改了共享变量，但另一个线程可能由于缓存等原因，读取到的还是旧值。

线程与进程在处理共享资源时机制和复杂度的不同

1. 机制不同
   • 线程：线程共享进程的地址空间，所以可以直接访问共享资源。通过同步机制（如互斥锁、信号量、条件变量等）来控制对共享资源的访问。例如使用互斥锁，线程在访问共享资源前先获取锁，访问完后释放锁，其他线程只有获取到锁才能访问该资源。
   • 进程：进程有独立的地址空间，进程间共享资源需要借助特定的IPC（Inter - Process Communication）机制，如管道、消息队列、共享内存等。以共享内存为例，进程需要先映射一段共享内存到自己的地址空间，然后才能访问共享资源。
2. 复杂度不同
   • 线程：由于共享地址空间，线程间数据传递方便，但也正因如此，对共享资源的同步控制要求高，处理不当容易出现上述提到的竞态条件、死锁等问题，复杂度较高。例如在一个多线程的银行转账程序中，多个线程可能同时操作账户余额这个共享资源，如果同步控制不好，就可能导致账户余额错误。
   • 进程：由于地址空间独立，进程间数据相互隔离，不存在像线程那样直接的共享资源访问问题，但使用IPC机制进行通信和共享资源管理相对复杂，需要处理诸如同步、数据一致性等额外问题。例如使用共享内存时，要通过信号量等机制来保证不同进程对共享内存的访问同步。