互斥锁 条件变量

互斥锁 条件变量

在C++中，互斥锁（mutex）和条件变量（condition variable）是用于线程同步和通信的重要工具。互斥锁被用来保护共享数据结构，以确保在任意时刻只有一个线程能够访问该数据结构。而条件变量则用于在线程之间进行通信，允许一个线程等待某个特定的条件成立，然后被另一个线程唤醒。

互斥锁在C++中通过std::mutex类实现。它提供了lock()和unlock()方法，可以使用这些方法来保护共享数据。当一个线程调用lock()方法时，如果互斥锁已经被其他线程锁定，那么该线程将被阻塞，直到锁被释放为止。一旦线程获得了锁，它将执行关键代码段，并在退出临界区时使用unlock()方法来释放锁。这样可以确保在任意时刻只有一个线程在访问共享资源。

条件变量在C++中通过std::condition_variable类实现。条件变量用于线程之间的通信。一个线程可以通过等待条件变量，挂起自己，并释放已经持有的锁，等待其他线程满足某个特定的条件后发出唤醒信号。其他线程可以在满足条件时，通过notify_one()或notify_all()方法发送唤醒信号。唤醒的线程将重新尝试获得互斥锁，并继续执行。

以下是一个使用互斥锁和条件变量的示例：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;

void worker()
{
    
    
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
    cv.wait(lock, []() {
    
     return ready; });
    std::cout << "Worker thread is executing." << std::endl;
    // 执行相关操作
}

int main()
{
    
    
    std::thread t(worker);
    
    // 做一些任务
    
    {
    
    
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        ready = true;
    }
    cv.notify_one();
    
    t.join();
    
    return 0;
}

主线程创建了一个工作线程，并在工作线程内部等待条件变量ready满足。主线程在一些任务后将ready设置为true并使用cv.notify_one()唤醒工作线程。工作线程被唤醒后，获得互斥锁，输出一条消息，并执行其余的操作。

这是一个简单的互斥锁和条件变量的示例，用于说明它们的基本用法。在实际的应用中，你可能需要更复杂的同步和通信方案，这时可以使用多个互斥锁、条件变量和其他同步原语来实现。

lock_guard 函数讲解

std::lock_guard是一个RAII（资源获取即初始化）类，它提供了一种自动获取互斥锁的机制，可以方便地保护临界区。

当使用std::lock_guard对象时，在对象的构造函数中获取互斥锁，在对象的析构函数中释放互斥锁。这样可以确保在任何情况下（包括异常抛出和提前返回），互斥锁都会被正确地释放，从而防止资源泄漏和死锁。

std::lock_guard典型的用法是在临界区的开始和结束之间创建一个std::lock_guard对象。当创建std::lock_guard对象时，需要传递一个互斥锁对象作为参数。例如：

std::mutex mtx;
// ...其他代码...

{
    
    
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
    // 临界区代码
    // 互斥锁在这里被自动获取
    // 无论代码中是否有异常或提前返回，互斥锁都会在这里被释放
}
// ...其他代码...

在上述示例中，std::lock_guard对象被创建在一个作用域内，并命名为lock。在lock对象的作用域内，可以自由地访问临界区的共享资源。当lock对象超出其作用域时，它的析构函数被调用，互斥锁将被自动释放。

使用std::lock_guard相比手动调用lock()和unlock()方法，具有以下好处：

简洁性：使用std::lock_guard可以将获取和释放互斥锁的操作放在同一个作用域内，使代码逻辑更加清晰和简洁。
异常安全：std::lock_guard对象在构造时获取互斥锁，无论是否有异常，它的析构函数都会被调用来释放互斥锁，确保异常安全性。
防止忘记释放锁：由于锁的释放是自动的，不需要手动调用unlock()方法，因此避免了忘记释放锁而导致的死锁问题。
需要注意的是，std::lock_guard是一种独占锁的方式，它使用的是std::mutex（互斥锁）而不是std::shared_mutex（共享互斥锁）。如果需要在多个线程之间共享锁，需要使用std::shared_lock或std::unique_lock来代替std::lock_guard。