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C++如何实现线程锁(mutex)?(多线程同步)

发布时间:2025-12-14

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C++线程锁核心是保护共享数据免受竞态条件,推荐用RAII的std::lock_guard或C++17的std::scoped_lock自动管理,避免裸调lock()/unlock()导致死锁;多锁时须按固定顺序加锁,可用std::lock或std::scoped_lock确保安全。

在C++中,线程锁(mutex)主要通过 std::mutex 及其配套类实现,核心目标是保护共享数据不被多个线程同时修改,避免竞态条件。关键不是“加锁”本身,而是“在访问临界资源前加锁、用完立刻解锁”,且必须成对出现。

基础用法:std::mutex + lock()/unlock()

最直接的方式是手动调用 lock()unlock()

  • 声明一个全局或类成员的 std::mutex mtx;
  • 在访问共享变量前调用 mtx.lock();
  • 操作完成后立即调用 mtx.unlock();
  • ⚠️注意:如果中间抛异常,unlock() 可能被跳过,导致死锁——所以不推荐裸用

推荐方式:RAII自动管理(std::lock_guard)

std::lock_guard 在作用域开始时加锁,离开作用域时自动解锁,安全可靠:

std::mutex mtx;
int counter = 0;

void increment() {
    std::lock_guard guard(mtx); // 构造即加锁
    ++counter;                              // 访问临界区
} // guard析构,自动unlock —— 即使这里抛异常也安全

进阶控制:std::unique_lock(支持延迟加锁、转移所有权)

当需要更灵活的锁控制(比如尝试加锁、超时、或把锁传给其他函数)时,用 std::unique_lock

  • std::unique_lock<:mutex> lk(mtx, std::defer_lock); —— 声明时不加锁
  • lk.lock(); / lk.try_lock(); / lk.unlock(); —— 手动控制
  • 支持移动语义,可作为函数参数传递(std::unique_lock 可移动,std::lock_guard 不可)

避免死锁:按固定顺序加多个锁(std::lock)

多个 mutex 同时使用时,若线程A先锁a再锁b、线程B先锁b再锁a,容易死锁。用 std::lock(a, b) 一次性锁住多个,内部保证无序竞争:

std::mutex mtx1, mtx2;
std::lock(mtx1, mtx2);           // 安全获取两个锁
std::lock_guard g1(mtx1, std::defer_lock);
std::lock_guard g2(mtx2, std::defer_lock);
// 或直接用 std::scoped_lock(C++17起,更简洁)
std::scoped_lock lock(mtx1, mtx2); // 推荐

基本上就这些。记住:锁的是访问逻辑,不是变量;粒度要合适——太粗影响并发,太细则易出错;优先用 RAII 类型(lock_guard / scoped_lock),少碰裸 lock()/unlock()

标签:# ai  # c++  # 作用域  # 线程  # 多线程  # 并发  # 死锁  # 加锁  # 多个  # 解锁  # 的是  # 进阶  # 不被  # 用完  # 跳过  # 锁住  
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