并发编程中的互斥锁——常见问题排查手册

2023-11-28 05:34:20

前言

并发编程是一项复杂且具有挑战性的任务。在并发编程中，互斥锁是一种非常重要的同步机制，它可以确保对共享资源的访问是排他性的，从而避免数据竞争和程序崩溃。然而，在使用互斥锁时，也存在一些常见的错误，这些错误可能会导致程序出现死锁、数据损坏和其他问题。

常见问题

1. Lock/Unlock 不是成对出现

这是互斥锁中最常见的错误之一。当使用互斥锁时，必须确保在对共享资源进行访问之前先获取锁，并在访问完成后释放锁。如果忘记获取锁或释放锁，就会导致数据竞争和程序崩溃。

以下示例展示了这种错误：

public class MyThread implements Runnable {
    private Object lock = new Object();
    private int count = 0;

    public void run() {
        count++;
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyThread thread = new MyThread();
        Thread t1 = new Thread(thread);
        Thread t2 = new Thread(thread);
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(thread.count);
    }
}

在这个示例中，没有对count变量进行加锁，因此两个线程可能会同时对count变量进行修改，从而导致数据竞争和程序崩溃。

2. Copy 已使用的 Mutex

另一个常见的错误是复制已经使用的互斥锁。当复制互斥锁时，就会创建两个指向同一个底层锁对象的引用。这可能会导致死锁，因为两个线程可能会同时尝试获取同一个锁。

以下示例展示了这种错误：

public class MyThread implements Runnable {
    private Mutex mutex = new Mutex();
    private int count = 0;

    public void run() {
        mutex.lock();
        count++;
        mutex.unlock();
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyThread thread = new MyThread();
        Thread t1 = new Thread(thread);
        Thread t2 = new Thread(thread);
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(thread.count);
    }
}

在这个示例中，两个线程共享同一个互斥锁，这可能会导致死锁，因为两个线程可能会同时尝试获取同一个锁。

3. 重入

重入是指一个线程已经获取了一个锁，然后再次尝试获取同一个锁。在某些情况下，重入是允许的，但在某些情况下，重入可能会导致死锁。

以下示例展示了这种错误：

public class MyThread implements Runnable {
    private Mutex mutex = new Mutex();
    private int count = 0;

    public void run() {
        mutex.lock();
        count++;
        mutex.lock(); // 重入
        count++;
        mutex.unlock();
        mutex.unlock();
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyThread thread = new MyThread();
        Thread t1 = new Thread(thread);
        Thread t2 = new Thread(thread);
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(thread.count);
    }
}

在这个示例中，一个线程已经获取了互斥锁，然后再次尝试获取同一个锁。这可能会导致死锁，因为另一个线程可能会同时尝试获取同一个锁。

4. 死锁

死锁是指两个或多个线程都在等待对方释放锁，从而导致所有线程都无法继续执行。死锁是并发编程中非常严重的问题，可能会导致程序崩溃。

以下示例展示了这种错误：

public class MyThread implements Runnable {
    private Mutex mutex1 = new Mutex();
    private Mutex mutex2 = new Mutex();
    private int count = 0;

    public void run() {
        mutex1.lock();
        mutex2.lock();
        count++;
        mutex1.unlock();
        mutex2.unlock();
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyThread thread = new MyThread();
        Thread t1 = new Thread(thread);
        Thread t2 = new Thread(thread);
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(thread.count);
    }
}