C++ 并发编程面试题, 什么情况下会出现死锁?如何避免死锁?

Step 1

Q:: 什么是死锁？

A:: 死锁是指两个或多个进程在彼此等待对方释放资源的情况下进入的一种僵局状态。由于每个进程都在等待其他进程释放它们所占有的资源，因此这些进程永远不会继续执行。

Step 2

Q:: 死锁的四个必要条件是什么？

A:: 1. 互斥条件：资源只能被一个进程占用。2. 请求与保持条件：进程已经占有了资源，同时请求其他资源。3. 不剥夺条件：进程已获得的资源不能被剥夺，只能由进程自己释放。4. 循环等待条件：存在一个进程循环等待资源的情况，即形成一个封闭的环。

Step 3

Q:: 如何避免死锁？

A:: 可以通过以下几种方法来避免死锁：1. 破坏死锁的必要条件，例如：通过资源剥夺、资源有序分配等方法。2. 死锁预防：确保系统在资源分配时不会进入死锁状态。3. 死锁检测和恢复：系统定期检查是否存在死锁，并在检测到死锁时进行处理。4. 使用超时机制：在一定时间内没有获取到资源，则放弃该资源请求。

Step 4

Q:: 什么是死锁检测？

A:: 死锁检测是一种允许死锁发生但能够检测并恢复的方法。系统定期检查是否有进程处于死锁状态，一旦检测到死锁，系统可以通过终止某个进程或回收资源等方式来解除死锁。

Step 5

Q:: C++中如何实现线程同步以避免死锁？

A:: 在C++中，可以使用锁（如std::mutex）、条件变量（std::condition_variable）、原子操作（std::atomic）等机制来实现线程同步。为了避免死锁，通常会采用锁的有序获取、尝试锁（std::try_lock）等策略，确保多个线程按照一致的顺序请求资源，避免循环等待。

Step 6

Q:: 如何使用C++中的std::lock_guard和std::unique_lock避免死锁？

A:: std::lock_guard是一个简单的RAII锁管理器，它在构造时自动加锁，在析构时自动解锁，适合简单的加锁场景。std::unique_lock则提供了更多的灵活性，允许在构造时选择是否立即加锁，并可以在后续手动解锁和重新加锁。通过合理使用这些工具类，可以减少死锁发生的风险。

Step 1

Q:: 什么情况下会出现死锁？

A:: 死锁通常发生在多个线程或进程相互持有对方需要的资源并且都在等待对方释放资源的情况下。这种情况会导致每个线程都在等待，最终无法继续执行。典型的死锁条件有四个：互斥、占有且等待、不可剥夺和环路等待。这四个条件必须同时满足才会导致死锁。

Step 2

Q:: 如何避免死锁？

A:: 避免死锁可以通过以下几种方式：1) 破坏互斥条件：尽可能减少资源的独占访问；2) 破坏占有且等待条件：在请求资源之前，线程必须释放它已经持有的所有资源；3) 破坏不可剥夺条件：如果线程无法获得所需的所有资源，它必须释放已经持有的资源；4) 破坏环路等待条件：按顺序分配资源，确保不会形成循环等待。

Step 3

Q:: 死锁检测和恢复机制有哪些？

A:: 死锁检测和恢复机制主要包括：1) 超时机制：设置资源请求的最大等待时间，如果超时则认为发生了死锁；2) 等待图法：构建资源-进程等待图，检测环路以判断是否有死锁；3) 进程回滚：在检测到死锁后，强制中断一个或多个进程，并释放其资源以打破死锁。

Step 4

Q:: 避免死锁的常用策略有哪些？

A:: 常用策略包括：1) 预防策略，通过设计原则避免死锁条件的出现；2) 避免策略，使用银行家算法等动态分配资源的方法来确保系统在分配资源时不会进入死锁状态；3) 死锁检测和恢复，允许死锁的发生，但在检测到后采取措施进行恢复。