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wzjs 2025/9/6 4:59:53

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文章目录

一些名词解释
STL,智能指针和线程安全
可重入VS线程安全
常见锁的概念
- 死锁

一些名词解释

临界资源
- 定义：临界资源是指在系统中一次仅允许一个进程访问的共享资源。这些资源可以是硬件资源（如打印机、磁带机等），也可以是软件资源（如共享数据结构、文件等）。
- 特点：多个进程都可能需要访问临界资源，但在同一时刻只能有一个进程对其进行访问，否则可能会导致数据不一致或其他错误。例如，多个进程都要使用打印机打印文件，如果同时访问打印机，就会造成打印混乱。
临界区
- 定义：临界区是指进程中访问临界资源的那段代码区域。每个进程中访问临界资源的代码是临界区的一部分。
- 作用：为了保证临界资源的互斥访问，进程在进入临界区之前需要进行一些检查和操作，以确保当前没有其他进程在临界区内访问该资源。当进程访问完临界资源后，需要离开临界区，以便其他进程能够访问。
原子性
- 定义：原子性是指一个操作或一组操作要么完全执行，要么完全不执行，不存在部分执行的情况。对于临界区的访问，通常要求具有原子性，即进程进入临界区的操作必须是原子的，要么成功进入，要么阻塞等待，不能出现中间状态。
- 举例：比如银行转账操作，从账户 A 向账户 B 转账 100 元，这个操作包含从账户 A 扣款 100 元和向账户 B 加款 100 元两个子操作，这两个子操作必须作为一个整体执行，要么都成功，要么都失败，以保证数据的一致性和完整性。
互斥
- 定义：互斥是指多个进程在访问临界资源时的一种约束条件，即当一个进程正在访问某个临界资源时，其他进程必须等待，直到该进程访问结束并释放该资源后，其他进程才能访问。

同步
- 同步是一种协调多个执行单元（如线程或进程）的操作顺序和访问共享资源的机制，其主要目的是确保数据的一致性、避免数据竞争和解决资源争用问题。

STL,智能指针和线程安全

STL中的容器是否是线程安全
在 C++ 的标准模板库（STL）里，大部分容器并非线程安全的。STL 设计之初，并未将线程安全纳入考量。主要是为了避免在单线程环境中因线程安全机制带来不必要的开销。线程安全机制（像加锁操作）会影响性能，若在所有操作中都默认加入，会让单线程程序变慢。因此，STL 把线程安全的控制权交给了开发者。

常见 STL 容器的情况
- 顺序容器：例如 std::vector、std::list、std::deque 等，它们不具备线程安全特性。要是多个线程同时对这些容器进行读写操作，就可能出现数据竞争的问题，导致程序出现未定义行为。例如，一个线程正在遍历 std::vector，而另一个线程同时对其进行插入或删除元素的操作，就可能破坏容器的内部结构。
- 关联容器：像 std::map、std::set 以及它们的无序版本 std::unordered_map、std::unordered_set 等，同样不是线程安全的。多个线程同时对这些容器进行修改或访问，可能会引发数据不一致或迭代器失效等问题。
- 容器适配器：如 std::stack、std::queue、std::priority_queue 等，也不保证线程安全。多个线程并发操作这些容器时，可能会产生竞态条件。

智能指针是否是线程安全

智能指针是否线程安全不能一概而论，需要根据具体的智能指针类型以及操作情况来分析：
std::unique_ptr

常规操作：std::unique_ptr 用于独占对象的所有权，不允许拷贝，只支持移动语义。从设计上来说，std::unique_ptr 本身并不是为多线程环境设计的，其常规的操作（如对象的创建、移动、析构等）不是线程安全的。因为多个线程同时对同一个 std::unique_ptr 进行操作（例如一个线程尝试移动它，另一个线程尝试访问它所管理的对象）会导致数据竞争和未定义行为。
线程安全场景：如果多个线程不共享同一个 std::unique_ptr 实例，而是各自持有独立的 std::unique_ptr 实例，那么在每个线程内部对其进行操作是安全的。

std::shared_ptr

引用计数操作：std::shared_ptr 的引用计数操作是线程安全的。std::shared_ptr 内部使用原子操作来管理引用计数，这意味着多个线程可以同时对同一个 std::shared_ptr 进行引用计数的增加或减少操作，而不会出现数据竞争。例如，多个线程可以同时复制同一个 std::shared_ptr 实例，引用计数会正确地更新。
管理对象的访问：虽然引用计数操作是线程安全的，但对 std::shared_ptr 所管理的对象的访问不是线程安全的。如果多个线程同时访问和修改 std::shared_ptr 所指向的对象，就需要额外的同步机制（如互斥锁）来保证线程安全。

std::weak_ptr

std::weak_ptr 是一种不控制所指向对象生命周期的智能指针，它是为了配合 std::shared_ptr 而引入的，用于解决循环引用问题。std::weak_ptr 本身的操作（如创建、赋值、检查是否过期等）是线程安全的，因为它依赖于 std::shared_ptr 的原子引用计数机制。但同样，对 std::weak_ptr 所指向对象的访问也需要额外的同步机制来保证线程安全。

智能指针的线程安全特性因类型而异，并且即使某些操作是线程安全的，对其所管理对象的访问通常也需要额外的同步措施。

可重入VS线程安全

概念

线程安全：多个线程并发同一段代码时，不会出现不同的结果。常见对全局变量或者静态变量进行操作，并且没有锁保护的情况下，会出现该问题。
重入：同一个函数被不同的执行流调用，当前一个流程还没有执行完，就有其他的执行流再次进入，我们称之为重入。一个函数在重入的情况下，运行结果不会出现任何不同或者任何问题，则该函数被称为可重入函数，否则，是不可重入函数

常见的线程不安全的情况