本文目录导读：
并发处理中的三类问题及应对策略
在计算机科学领域，并发处理是指多个任务同时执行的情况，虽然并发处理能够提高系统的效率和资源利用率，但也可能带来一系列的问题，以下是并发处理可能带来的三类问题以及相应的对策。
一、竞态条件（Race Conditions）
（一）问题描述
图片来源于网络，如有侵权联系删除
竞态条件是指多个进程或线程对共享资源（如变量、数据结构等）进行读写操作时，由于执行顺序的不确定性而导致的错误结果，两个线程同时对一个共享的计数器变量进行加1操作，如果没有适当的控制机制，可能会导致计数器的值增加的结果不符合预期，线程A读取计数器的值为10，线程B也同时读取到计数器的值为10，然后线程A将计数器的值加1并写回为11，线程B同样加1并写回为11，而正确的结果应该是12。
（二）对策
1、互斥锁（Mutex）
- 互斥锁是一种简单而有效的机制，当一个线程想要访问共享资源时，它首先需要获取互斥锁，如果互斥锁已经被其他线程获取，那么该线程就会被阻塞，直到互斥锁被释放，在上述计数器的例子中，可以为计数器的访问操作设置一个互斥锁，这样，当线程A获取到互斥锁并对计数器进行操作时，线程B就无法同时进行操作，从而避免了竞态条件。
2、原子操作（Atomic Operations）
- 原子操作是指不可被中断的操作，现代的处理器通常提供了一些原子操作指令，如原子的加、减、比较与交换等操作，对于简单的共享资源操作，如对一个整数变量的自增或自减，可以使用原子操作来替代常规的读写操作，这样就可以在不使用互斥锁的情况下，保证操作的原子性，从而避免竞态条件。
死锁（Deadlocks）
（一）问题描述
死锁是指两个或多个进程或线程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去，线程A获取了资源R1并等待资源R2，而线程B获取了资源R2并等待资源R1，这样就形成了死锁，死锁会导致系统资源的浪费，并且可能使整个系统陷入瘫痪状态。
图片来源于网络，如有侵权联系删除
（二）对策
1、资源分配图（Resource Allocation Graph）
- 通过构建资源分配图，可以分析系统中资源的分配情况和进程的等待关系，如果资源分配图中存在环，那么就可能存在死锁，在系统运行过程中，可以定期或在资源分配操作时检查资源分配图，一旦发现有形成死锁的趋势，就可以采取相应的措施，如回滚某些操作或者调整资源分配顺序。
2、死锁预防（Deadlock Prevention）
- 可以采用一些策略来预防死锁的发生，破坏死锁产生的四个必要条件之一：互斥条件、请求和保持条件、不可剥夺条件和循环等待条件，采用资源有序分配策略，为系统中的所有资源编号，要求每个进程按照资源编号递增的顺序请求资源，这样就可以避免循环等待条件的出现，从而预防死锁。
三、资源饥饿（Resource Starvation）
（一）问题描述
资源饥饿是指一个进程或线程由于长时间得不到所需的资源而无法继续执行的情况，在一个多线程系统中，存在高优先级和低优先级的线程，如果高优先级的线程不断地占用资源，低优先级的线程可能就会一直得不到资源，从而发生资源饥饿。
图片来源于网络，如有侵权联系删除
（二）对策
1、优先级反转（Priority Inversion）解决方案
- 在存在优先级的系统中，可以采用优先级继承（Priority Inheritance）或优先级天花板（Priority Ceiling）等方法来解决优先级反转导致的资源饥饿问题，优先级继承是指当一个低优先级的线程持有高优先级线程所需的资源时，该低优先级线程暂时提升到高优先级线程的优先级，直到它释放资源为止，优先级天花板则是为每个资源设定一个优先级天花板，当一个线程请求该资源时，它的优先级会被提升到该资源的优先级天花板，这样可以避免高优先级线程被低优先级线程阻塞太长时间，从而防止资源饥饿。
2、公平资源分配（Fair Resource Allocation）
- 采用公平的资源分配算法，确保每个进程或线程都有机会获得资源，可以采用时间片轮转算法（Round - Robin Scheduling），在多线程系统中，为每个线程分配一个固定大小的时间片，当时间片用完后，即使线程还没有完成任务，也会暂停该线程并将CPU资源分配给下一个线程，这样可以保证每个线程都能在一定时间内得到CPU资源，避免资源饥饿的发生。
并发处理中的竞态条件、死锁和资源饥饿这三类问题都需要认真对待，通过合理地运用上述对策，可以有效地解决这些问题，提高并发系统的稳定性、可靠性和性能。
评论列表