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c++如何使用mutex来保护共享数据_c++多线程数据同步与互斥锁使用示例

尼克
发布: 2025-11-21 11:19:02
原创
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mutex是C++中用于保护共享数据的同步机制,通过std::mutex实现线程互斥访问,配合std::lock_guard可自动加解锁,避免死锁,确保多线程环境下共享变量操作的安全性与正确性。

c++如何使用mutex来保护共享数据_c++多线程数据同步与互斥锁使用示例

在C++多线程编程中,多个线程同时访问共享数据可能导致数据竞争,从而引发未定义行为。使用 std::mutex 可以有效保护共享资源,确保同一时间只有一个线程能访问该资源。

什么是 mutex?

std::mutex 是 C++11 引入的同步机制,用于控制多个线程对共享数据的访问。当一个线程锁定(lock)了互斥量后,其他试图锁定该互斥量的线程将被阻塞,直到持有锁的线程解锁(unlock)。

基本用法:保护共享变量

下面是一个使用 std::mutex 保护全局计数器的示例:

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

int shared_counter = 0;
std::mutex mtx;  // 定义互斥锁

void increment_counter(int iterations) {
    for (int i = 0; i < iterations; ++i) {
        mtx.lock();           // 加锁
        ++shared_counter;     // 访问共享数据
        mtx.unlock();         // 解锁
    }
}

int main() {
    std::vector<std::thread> threads;
    const int num_threads = 5;
    const int inc_per_thread = 1000;

    for (int i = 0; i < num_threads; ++i) {
        threads.emplace_back(increment_counter, inc_per_thread);
    }

    for (auto& t : threads) {
        t.join();
    }

    std::cout << "Final counter value: " << shared_counter << std::endl;
    return 0;
}
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这个程序创建了5个线程,每个线程对 shared_counter 增加1000次。由于使用了 mtx.lock()mtx.unlock(),保证了每次自增操作的原子性,最终结果应为5000。

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推荐方式:使用 std::lock\_guard 防止死锁

直接调用 lock() 和 unlock() 容易出错,比如在 unlock 前发生异常,会导致锁无法释放。更安全的做法是使用 std::lock_guard,它采用 RAII(资源获取即初始化)机制,在作用域内自动加锁,离开时自动解锁。

void safe_increment(int iterations) {
    for (int i = 0; i < iterations; ++i) {
        std::lock_guard<std::mutex> guard(mtx);  // 自动加锁
        ++shared_counter;                        // 操作共享数据
    } // guard 离开作用域,自动解锁
}
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即使在临界区发生异常,lock_guard 也会确保解锁,避免死锁或资源泄漏。

实际应用场景建议

在实际开发中,应注意以下几点:

  • 尽量缩小锁的范围,只在真正需要访问共享数据时才加锁,提升并发性能。
  • 避免在持有锁时执行耗时操作(如I/O、网络请求),否则会阻塞其他线程。
  • 多个互斥量时要注意加锁顺序,防止死锁。
  • 对于读多写少的场景,可考虑使用 std::shared_mutex(C++17)提高并发效率。

基本上就这些。正确使用 mutex 能有效解决多线程下的数据竞争问题,结合 lock_guard 可写出更安全、简洁的同步代码。

以上就是c++++如何使用mutex来保护共享数据_c++多线程数据同步与互斥锁使用示例的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!

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