多线程——临界区-锁

Posted 2022-12-03 小兀哥

      今天，我们接着上次说的，来继续回顾一下多线程的基础—临界区和锁。

一、临界区（Critical Section）

      临界区（Critical Section）是一段供线程独占式访问的代码，也就是说若有一线程正在访问该代码段，其它线程想要访问，只能等待当前线程离开该代码段方可进入，这样保证了线程安全。他工作于用户级（相对于内核级），在Window系统中CRITICAL_SECTION实现临界区相关机制。

注：非阻塞，可以允许多个线程同时进入临界区

二、锁(lock)

1、死锁(Deadlock)

      死锁是指两个或两个以上的进程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程称为死锁进程。

触发条件

      1、互斥条件：线程对资源的访问是排他性的，如果一个线程对占用了某资源，那么其他线程必须处于等待状态，直到资源被释放。
      2、请求和保持条件：线程T1至少已经保持了一个资源R1占用,但又提出对另一个资源R2请求，而此时，资源R2被其他线程T2占用，于是该线程T1也必须等待，但又对自己保持的资源R1不释放。
      3、不剥夺条件：线程已获得的资源，在未使用完之前，不能被其他线程剥夺，只能在使用完以后由自己释放。
      4、环路等待条件：在死锁发生时，必然存在一个“进程-资源环形链”，即：p0,p1,p2,…pn,进程p0（或线程）等待p1占用的资源，p1等待p2占用的资源，pn等待p0占用的资源。（最直观的理解是，p0等待p1占用的资源，而p1而在等待p0占用的资源，于是两个进程就相互等待）

2、活锁(Livelock)

      活锁指的是任务或者执行者没有被阻塞，由于某些条件没有满足，导致一直重复尝试—失败—尝试—失败的过程。处于活锁的实体是在不断的改变状态，活锁有可能自行解开。

      尽管这个问题不会阻塞线程，但是程序也无法继续执行。活锁通常发生在处理事务消息的应用程序中，如果不能成功处理这个事务那么事务将回滚整个操作。解决活锁的办法是在每次重复执行的时候引入随机机制，这样由于出现的可能性不同使得程序可以继续执行其他的任务。

说明：

      是指线程1可以使用资源，但它很礼貌，让其他线程先使用资源，线程2也可以使用资源，但它很绅士，也让其他线程先使用资源。这样你让我，我让你，最后两个线程都无法使用资源。

3、饥饿（Starvation）

      如果一个线程因为 CPU 时间全部被其他线程抢走而得不到 CPU 运行时间，这种状态被称之为“饥饿”；

      通常情况下，不要区修改线程的优先级，一旦修改程序的行为就会与平台相关，并且会导致饥饿问题的产生。

说明

      如果线程T1占用了资源R，线程T2又请求封锁R，于是T2等待。T3也请求资源R，当T1释放了R上的封锁后，系统首先批准了T3的请求，T2仍然等待。然后T4又请求封锁R，当T3释放了R上的封锁之后，系统又批准了T4的请求……，T2可能永远等待

总结：

      今天我们主要是通过临界区的说明，来引出锁的一些问题。我们要知道死锁的危险始终存在，但是我们应该尽量减少这种危害存在的范围，多线程是一把双刃剑，有了效率的提高当然就有死锁的危险。所以我们要尽量多了解这些方面的知识，让自己少在这些地方踩坑。