c++怎么使用mutex来保护共享数据_c++线程同步与互斥锁用法详解-C++-PHP中文网

c++怎么使用mutex来保护共享数据_c++线程同步与互斥锁用法详解

尼克

发布： 2025-11-10 13:45:03

原创

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使用std::mutex配合lock_guard或unique_lock可有效避免多线程数据竞争。1. std::mutex提供互斥访问，通过lock()/unlock()控制共享资源访问；2. 推荐使用std::lock_guard实现RAII管理，构造时加锁，析构时自动解锁，防止忘记释放；3. std::unique_lock更灵活，支持延迟加锁（如std::defer_lock）和手动控制锁范围；4. 示例中两个线程通过lock_guard保护counter变量，确保递增操作安全；5. unique_lock可用于需要分段加锁或与条件变量协作的场景；6. 注意避免死锁（统一加锁顺序）、减少临界区、禁止复制mutex。合理使用能显著提升线程安全性。

c++怎么使用mutex来保护共享数据_c++线程同步与互斥锁用法详解

在多线程编程中，多个线程同时访问共享数据容易导致数据竞争和不可预测的行为。C++ 提供了 std::mutex 来实现线程间的互斥访问，确保同一时间只有一个线程可以操作共享资源。下面详细介绍如何使用 mutex 保护共享数据。

什么是 std::mutex

std::mutex 是 C++11 引入的标准库类，定义在 <mutex> 头文件中，用于控制对共享资源的独占访问。调用它的 lock() 方法会阻塞其他试图加锁的线程，直到当前线程调用 unlock() 释放锁。

直接手动调用 lock 和 unlock 容易出错（比如忘记解锁），因此推荐配合 std::lock_guard 或 std::unique_lock 使用，它们利用 RAII（资源获取即初始化）机制自动管理锁的生命周期。

使用 std::lock_guard 保护共享数据

std::lock_guard 是最简单的 RAII 锁管理器。它在构造时加锁，析构时自动解锁，适合作用域明确的临界区。

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示例：两个线程递增同一个计数器

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

int counter = 0;
std::mutex mtx;

void increment() {
    for (int i = 0; i < 100000; ++i) {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx); // 自动加锁
        ++counter; // 操作共享数据
    } // 超出作用域，自动解锁
}

int main() {
    std::thread t1(increment);
    std::thread t2(increment);

    t1.join();
    t2.join();

    std::cout << "Final counter value: " << counter << std::endl;
    return 0;
}

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在这个例子中，每次进入 increment() 函数的循环体时，lock_guard 会尝试获取锁。由于 mutex 的存在，两个线程不会同时修改 counter，从而避免了数据竞争。

std::unique_lock 更灵活的锁管理

如果需要更精细的控制（如延迟加锁、条件变量配合等），可以使用 std::unique_lock。它支持移动语义，可以在运行时决定是否加锁，并允许手动调用 lock()、unlock()。

示例：使用 unique_lock 控制锁的范围

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

int shared_data = 0;
std::mutex mtx;

void update_data() {
    std::unique_lock<std::mutex> ulock(mtx, std::defer_lock);
    // 此时并未加锁

    ulock.lock(); // 手动加锁
    shared_data += 100;
    std::cout << "Updated data to: " << shared_data << std::endl;
    ulock.unlock(); // 可以提前释放锁

    // 做一些不需要锁的操作
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));

} // ulock 析构，即使已 unlock 也不会重复释放

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std::defer_lock 表示构造时不立即加锁，便于后续控制。这在需要分段加锁或与条件变量（std::condition_variable）配合时非常有用。