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C++线程互斥锁原理及实现

2023-07-05 09:21:08 深夜i -- --

C++ 线程互斥锁原理实现

C++是一种高级的编程语言，其多线程编程特性在现代开发中非常常见。而线程互斥锁则是实现多线程并发操作的一种重要工具，通过互斥锁可以保证线程在访问共享资源时的安全性。

互斥锁是一个二元信号量，用于保护临界区代码段的访问，当线程要进入临界区时，先尝试获取互斥锁，如果互斥锁被占用则该线程被阻塞，直到获取到互斥锁，才能进入临界区执行代码。当临界区代码执行完成后，线程释放互斥锁，这样其他线程便可以获取锁进入临界区执行代码。

C++中提供了互斥锁的功能类std::mutex，用于实现互斥锁的功能。其基本用法如下：


#include <thread>
#include <mutex>
std::mutex mutex;
void foo()
{
  mutex.lock(); // 尝试获取锁
  // 临界区代码
  mutex.unlock(); // 释放锁
}
int main()
{
  std::thread t1(foo);
  std::thread t2(foo);
  t1.join(); // 等待线程t1结束
  t2.join(); // 等待线程t2结束
  return 0;
}

上述代码是两个线程同时执行foo()函数的示例，foo()函数中的临界区代码被包含在了互斥锁的lock()和unlock()函数之间，确保了线程访问临界区代码时的互斥性。

具体来说，当线程t1运行到mutex.lock()时，会尝试获取锁，由于此时锁处于开放状态，t1获取锁成功，可以进入临界区代码执行。当线程t2运行到mutex.lock()时，由于此时锁处于占用状态，t2获取锁失败，被阻塞。直到线程t1执行完成后，释放了锁，t2才能获取锁并进入临界区执行代码。

需要注意的是，互斥锁也存在死锁问题，即当两个线程互相等待对方释放锁时，会形成死循环而无法继续执行下去。为避免死锁问题的产生，我们需要遵循以下规则：

1.尽可能锁定小范围的代码区域，缩小锁使用范围，减小死锁概率；

2.不要在锁内执行耗时操作，以免阻塞其他线程；

3.避免锁嵌套，尽量使用RAII（Resource Acquisition Is Initialization）原则，利用std::lock_guard来自动化管理锁的生命周期；

4.使用std::unique_lock代替std::lock_guard，可以进行更精确的锁控制，更高效地支持线程的安全性和可移植性。

总之，互斥锁是实现多线程并发操作的重要工具，可以实现线程的同步和互斥访问，从而保证共享资源的安全性和正确性。同时，在使用互斥锁时需要注意死锁问题，并参照上述规则来规避死锁概率，从而确保程序的稳定性和性能优化。

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