内存核爆：并发删除链表节点的灾难之旅

2023-07-30 04:26:48

并发删除链表的内存浩劫：深刻剖析和防范指南

简介

在多线程编程的领域，访问已释放的链表内存是一个潜藏的灾难隐患，轻则导致程序崩溃，重则引发系统级故障。本文将通过两个真实案例，深入剖析并发删除链表节点引发的内存核爆现象，揭示其背后的深层次原因，探讨规避此类内存泄漏的有效策略，并提供一整套行之有效的解决方案。

并发删除链表的噩梦之旅

案例一：链表节点断链

想象这样一个并发场景：一个链表被多个线程共享，这些线程可以同时访问和修改链表。当一个线程正在遍历链表时，另一个线程可能恰好删除了该线程正在访问的节点。这种情况下，遍历操作将继续指向已释放的内存地址，从而导致程序崩溃。

案例二：哈希表拉链法并发删除

拉链法哈希表是另一种容易引发内存核爆的并发场景。当多个线程同时访问哈希表进行插入或删除操作时，哈希表结构可能发生改变。此时，正在遍历哈希表的线程可能会访问到错误的元素，同样导致程序崩溃。

剖析背后的祸根：并发竞态

上述案例的根源在于并发竞态，即多个线程同时对同一资源进行操作，导致不可预知的后果。当一个线程修改链表或哈希表结构时，另一个线程仍继续使用旧的结构，这就产生了内存访问冲突，从而引发coredump。

防护利器：锁的妙用

为了防止并发删除链表引发的内存浩劫，我们需要引入锁机制。锁是一种同步原语，可以协调线程对共享资源的访问，避免竞态条件的发生。

解决方案：

使用互斥锁（Mutex）保护链表访问： 当一个线程需要访问链表时，必须先获取互斥锁，独占访问权。其他线程在此期间被阻塞，直到该线程释放锁。
使用读写锁保护哈希表访问： 读写锁允许多个线程同时读取哈希表，但写入操作必须独占访问。当一个线程需要写入哈希表时，必须获取写锁，阻塞其他线程的读写操作。

代码示例：

// 互斥锁保护链表
std::mutex list_mutex;

void traverse_list(std::list<int>& list) {
  std::lock_guard<std::mutex> lock(list_mutex);
  // 安全地遍历链表
}

// 读写锁保护哈希表
std::shared_mutex hashtable_mutex;

void insert_hashtable(std::unordered_map<int, int>& hashtable, int key, int value) {
  std::lock_guard<std::shared_mutex> lock(hashtable_mutex, std::defer_lock);
  lock.lock();
  // 安全地插入哈希表
}

void read_hashtable(std::unordered_map<int, int>& hashtable, int key) {
  std::shared_lock<std::shared_mutex> lock(hashtable_mutex);
  // 安全地读取哈希表
}