Windows平台std::shared_mutex无排他锁时unlock_shared()仍阻塞的死锁问题

问题背景 #

我们团队遇到一个死锁问题，怀疑是Windows平台SRW锁实现存在Bug。

复现逻辑 #

• 主线程获取排他锁
• 主线程创建N个子线程
• 每个子线程执行：
  • 获取共享锁
  • 自旋等待所有子线程都获取到共享锁
  • 释放共享锁
• 主线程释放排他锁

注：此逻辑可通过C++20的std::latch实现，但这并非重点。

死锁现象 #

该代码多数情况下正常运行，但每约5000次循环会出现一次死锁。死锁时，恰好1个子线程成功获取共享锁，其余N-1个子线程卡在lock_shared()中。在Windows系统中，该函数会调用RtlAcquireSRWLockShared，并在NtWaitForAlertByThreadId中阻塞。

无论直接使用std::shared_mutex、std::shared_lock/std::unique_lock，还是直接调用SRW相关函数，均会出现此现象。

问题分析 #

2017年Raymond Chen的一篇博客曾提及该现象，但当时被归咎于用户错误。我们认为这是SRW锁的Bug：若子线程不等待直接调用unlock_shared()，则会唤醒阻塞的兄弟线程。而std::shared_lock或SRW相关文档中均未说明无活跃排他锁时允许阻塞。

该问题未在非Windows平台出现。

复现代码 #

#include <atomic>
#include <cstdint>
#include <iostream>
#include <memory>
#include <shared_mutex>
#include <thread>
#include <vector>

struct ThreadTestData {
    int32_t numThreads = 0;
    std::shared_mutex sharedMutex = {};
    std::atomic<int32_t> readCounter;
};

int DoStuff(ThreadTestData* data) {
    // Acquire reader lock
    data->sharedMutex.lock_shared();

    // wait until all read threads have acquired their shared lock
    data->readCounter.fetch_add(1);
    while (data->readCounter.load() != data->numThreads) {
        std::this_thread::yield();
    }

    // Release reader lock
    data->sharedMutex.unlock_shared();

    return 0;
}

int main() {
    int count = 0;
    while (true) {
        ThreadTestData data = {};
        data.numThreads = 5;

        // Acquire write lock
        data.sharedMutex.lock();

        // Create N threads
        std::vector<std::unique_ptr<std::thread>> readerThreads;
        readerThreads.reserve(data.numThreads);
        for (int i = 0; i < data.numThreads; ++i) {
            readerThreads.emplace_back(std::make_unique<std::thread>(DoStuff, &data));
        }

        // Release write lock
        data.sharedMutex.unlock();

        // Wait for all readers to succeed
        for (auto& thread : readerThreads) {
            thread->join();
        }

        // Cleanup
        readerThreads.clear();

        // Spew so we can tell when it's deadlocked
        count += 1;
        std::cout << count << std::endl;
    }

    return 0;
}

并行栈情况 #

并行栈截图显示：主线程正常阻塞在thread::join()上，一个子线程已获取锁并处于yield循环，四个子线程阻塞在lock_shared()中。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者LordCecil