操作系统

两个线程抢一把锁:竞态与互斥

多个线程同时改同一份数据会出错,锁保证同一时刻只有一个线程在改。

概况

以 Linux 上两个线程同时给计数器加 1、用 pthread_mutex 保护为例。

一句话总结
共享数据要加锁,锁靠原子指令实现,抢不到时靠内核让线程睡眠
竞态
结果取决于谁先谁后,偶尔出错,很难复现
临界区
访问共享数据的那段代码,同一时刻只允许一个线程进
Linux 的锁
pthread_mutex 基于 futex:没人抢时不进内核,抢不到才请内核让自己睡
代价
锁让线程排队,锁住的范围越小越好
死锁
四个条件同时成立才会发生;固定加锁顺序是最常用的预防
自旋锁
等待时间极短时空转比睡眠更划算,内核里常用
其他同步
条件变量、读写锁、信号量、原子变量

步骤 7 / 9

死锁:互相等对方的锁

两个线程各拿一把锁、又等对方那把,谁都走不动了。

线程 1 拿着锁 A 等锁 B,线程 2 拿着锁 B 等锁 A,就永远卡住,这叫死锁。 它需要四个条件同时成立:互斥、拿着不放还要更多、不能抢、形成循环等待。 最实用的预防办法是规定全局加锁顺序(比如总是先 A 后 B),打破循环等待。

线程
共享数据
内核
线程 1
线程 2
共享计数器 / 锁
内核
拿着 A,等 B
事件日志(7)
当前状态发生了什么
两个线程同时运行两个线程读到同一个旧值,更新丢失
交错执行执行顺序不可预测
动手实验两个读都在写之前,丢一次更新
线程 1 持有锁线程 1 独占临界区
线程 1 持有锁线程 2 拿锁失败
线程 2 睡眠 → 被唤醒线程 2 拿到锁,两次加 1 都生效
死锁两个线程都在等