Сколько нужно Mutex, чтобы создать Deadlock

1️⃣ Как кратко ответить

Для создания deadlock (взаимной блокировки) необходимо как минимум два mutex. Deadlock возникает, когда два или более потока блокируют ресурсы в таком порядке, что каждый поток ожидает освобождения ресурса, удерживаемого другим потоком.

2️⃣ Подробное объяснение темы

Deadlock — это ситуация, в которой два или более потока не могут продолжить выполнение, потому что каждый из них ожидает освобождения ресурса, удерживаемого другим потоком. Это может произойти, когда потоки блокируют ресурсы в неправильном порядке.

Пример с двумя mutex

Рассмотрим пример, где два потока используют два mutex для синхронизации доступа к ресурсам:

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
​
std::mutex mutex1;
std::mutex mutex2;
​
void thread1() {
    // Поток 1 блокирует первый mutex
    mutex1.lock();
    std::cout << "Thread 1: locked mutex1" << std::endl;
​
    // Имитация работы
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
​
    // Поток 1 пытается заблокировать второй mutex
    mutex2.lock();
    std::cout << "Thread 1: locked mutex2" << std::endl;
​
    // Освобождение ресурсов
    mutex2.unlock();
    mutex1.unlock();
}
​
void thread2() {
    // Поток 2 блокирует второй mutex
    mutex2.lock();
    std::cout << "Thread 2: locked mutex2" << std::endl;
​
    // Имитация работы
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
​
    // Поток 2 пытается заблокировать первый mutex
    mutex1.lock();
    std::cout << "Thread 2: locked mutex1" << std::endl;
​
    // Освобождение ресурсов
    mutex1.unlock();
    mutex2.unlock();
}
​
int main() {
    std::thread t1(thread1);
    std::thread t2(thread2);
​
    t1.join();
    t2.join();
​
    return 0;
}

Объяснение кода

1. Создание двух mutex: std::mutex mutex1; и std::mutex mutex2; — это объекты синхронизации, которые используются для управления доступом к общим ресурсам.

2. Функция thread1:

   • Блокирует mutex1 с помощью mutex1.lock();.
   • Выводит сообщение о блокировке mutex1.
   • Имитация работы с помощью std::this_thread::sleep_for.
   • Пытается заблокировать mutex2 с помощью mutex2.lock();.
   • Выводит сообщение о блокировке mutex2.
   • Освобождает оба mutex с помощью unlock().

3. Функция thread2:

   • Блокирует mutex2 с помощью mutex2.lock();.
   • Выводит сообщение о блокировке mutex2.
   • Имитация работы с помощью std::this_thread::sleep_for.
   • Пытается заблокировать mutex1 с помощью mutex1.lock();.
   • Выводит сообщение о блокировке mutex1.
   • Освобождает оба mutex с помощью unlock().

4. Функция main:

   • Создает два потока t1 и t2, которые выполняют функции thread1 и thread2.
   • Ожидает завершения потоков с помощью join().

Почему возникает deadlock

В этом примере deadlock возникает, потому что:

• Поток 1 блокирует mutex1 и ожидает mutex2.
• Поток 2 блокирует mutex2 и ожидает mutex1.

Оба потока ждут друг друга, и ни один из них не может продолжить выполнение. Это классический пример deadlock, который может быть решен путем изменения порядка блокировки mutex или использования других механизмов синхронизации, таких как std::lock или std::scoped_lock, которые предотвращают взаимные блокировки.