这个源代码怎么会造成死锁？

Question

以下代码是一个整数的缓冲区。我试图找到可能导致死锁的多个线程（假设 3 个线程：1 个“消费者”和 2 个“生产者”）执行此代码：

class OneBuf{
    Mutex m;
    CondVar cv;
    int buffer;
    bool full;

    void put (int data){
        m.lock();
        while(full) cv.wait(m);
        buffer = data;
        full = true;
        cv.signal();
        m.unlock();
    }

    int get(){
        int data;
        m.lock();
        while(!full) cv.wait(m);
        full = false;
        data = buffer;
        cv.signal();
        m.unlock();
        return data;
    }
    }

这是一个练习，我被要求给出一个导致死锁的 3 个线程（1 个消费者和 2 个生产者）的示例。此外，练习表明，如果我将第 12 行和第 22 行替换为 cv.broadcast()（而不是 cv.signal()），我可以避免任何死锁。我希望这会有所帮助。

Answer 1

好的，这说明了一些事情。我仍然看不出如何使这段代码死锁。如果我能说出来，也许会有所帮助。

broadcast() 经常需要，因为 signal() 可能会错过一个线程，使其处于等待状态，直到另一个 signal() 最终唤醒它。虽然技术上不是死锁（有时它可以自行解决），但最好避免这种情况。

假设full不是bool，而是int，它有三种状态：true(1)、false(0)和dumpable(-1)，你还有第三种方法dump()：

void dump (void){
    m.lock();
    while(full!=-1) cv.wait(m);
    cerr<<buffer<<endl;
    full = 1;
    cv.signal();
    m.unlock();
}

并且 put() 设置 full 不是 1，而是设置为 -1（可转储）状态，因此正常的线性执行顺序将是

buf.put(7);
buf.dump();
int val=buf.get();

那么假设多线程执行是这样的：

1) 一个带dump()的线程进入，发现full为0，进入等待。

2) 一个带get()的线程进入，发现full为0，进入等待。

3) 带有 put() 的线程进入，设置值，将 full 设置为 -1，发送信号，退出解锁互斥锁。

4) get() 赢得比赛，然后醒来。发现值是 -1 而不是 1，再次等待。它仍然解锁互斥锁，因此其他一些 put() 将再次发送信号，也许现在 dump() 将获胜。或者可能不是。虽然不是死锁，但它很糟糕，并且可能很容易退化为实际上与真正的死锁无法区分的东西。

这很容易通过将 signal() 更改为 broadcast() 来解决。如果 put() 发送 broadcast()，则在 4) 中 get() 和 dump() 都被唤醒。他们仍在比赛，但这次他们为互斥体比赛。 get() 仍然可能赢得比赛，但即使它赢了，dump() 也不会再次进入 wait()，它只会停止直到互斥锁被解锁，即直到 get() 检查 full!=1 并继续等待（）解锁互斥锁。所以broadcast()确实修复了这段代码，每个退出的推杆都会找到一个dumper，最终会找到一个getter。

这个例子是人为的，几乎是愚蠢的，但我希望它有助于说明常见的问题和解决方案。

回到您的代码，如果我们在等待池中同时获得 getter 和 putter，则可能会发生这种退出等待竞赛。在这种情况下，get() 可以轻松地从另一个 get() 的信号中唤醒，然后再次等待。信号将丢失，而输掉比赛的 put() 可以无限期地保持等待状态，就像在我的示例中一样。

但是如果池仅由 getter 或 putter 组成，我看不到 signal() 会如何搞砸事情：如果池由 getter 组成，任何其他 getter 将进入池，并且任何推杆的信号都会找到唤醒的吸气剂。而我看不到的是 getter 和 putter 如何通过您的代码进入等待状态。即使，例如，两个推杆争夺互斥锁，而两个 getter 等待，获胜者将唤醒一个 getter，该 getter 将保证继承其唤醒器的互斥锁。失败的推杆和从等待返回的吸气剂之间没有比赛，从等待返回的获胜。也许我错过了什么。

Answer 2

我认为你应该写这样的东西：

try {
  mutex.acquire();
  try {
    // do something
  } finally {
    mutex.release();
  }
} catch(InterruptedException ie) {
  // ...
}

为了更准确地回答您的问题，我认为首先调用 get() 方法可能会发生死锁。因此，线程锁定互斥体并进入无限循环（因为条件永远不会为真）。