mutex 互斥

互斥

互斥算法避免多个线程同时访问共享资源。这会避免数据竞争，并提供线程间的同步支持。

mutex 类

mutex 类是能用于保护共享数据免受从多个线程同时访问的同步原语。

mutex 提供排他性非递归所有权语义：

调用方线程从它成功调用 lock 或 try_lock 开始，到它调用 unlock 为止占有 mutex 。
线程占有 mutex 时，所有其他线程若试图要求 mutex 的所有权，则将阻塞（对于 lock 的调用）或收到 false 返回值（对于 try_lock ）.
调用方线程在调用 lock 或 try_lock 前必须不占有 mutex 。
若 mutex 在仍为任何线程所占有时即被销毁，或在占有 mutex 时线程终止，则行为未定义。 mutex 类满足互斥 (Mutex) 和标准布局类型 (StandardLayoutType) 的全部要求。

std::mutex 既不可复制亦不可移动。

要求

头文件: <mutex>

命名空间: std

公共方法

名称	描述
lock	锁定互斥，若互斥不可用则阻塞
try_lock	尝试锁定互斥，若互斥不可用则返回
unlock	解锁互斥
native_handle	返回底层实现定义的原生句柄

注意

通常不直接使用 std::mutex ： std::unique_lock 、 std::lock_guard 或 std::scoped_lock (C++17 起)以更加异常安全的方式管理锁定。

lock

锁定互斥。若另一线程已锁定互斥，则到 lock 的调用将阻塞执行，直至获得锁。

若 lock 为已占有 mutex 的线程调用，则行为未定义：例如，程序可能死锁。鼓励能检测非法使用的实现抛出以 resource_deadlock_would_occur 为错误条件的 std::system_error ，而不是死锁。

同一互斥上先前的 unlock() 操作同步于（定义于 std::memory_order ）此操作。

unlock

解锁互斥。

互斥必须为当前执行线程所锁定，否则行为未定义。

此操作同步于（定义于 std::memory_order ）任何后继的取得同一互斥所有权的锁操作。

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

int g_num = 0;  // 被 g_num_mutex 所保护
std::mutex g_num_mutex;

void slow_increment(int id)
{
	for (int i = 0; i < 3; ++i) {
		g_num_mutex.lock();	// lock锁定

		// lock到unlock之间的代码只有一个线程能执行
		++g_num;
		std::cout << id << " => " << g_num << '\n';

		g_num_mutex.unlock(); // unlock解锁

		std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
	}
}

int main()
{
	std::thread t1(slow_increment, 0);
	std::thread t2(slow_increment, 1);
	t1.join();
	t2.join();
}

Output
0 => 1 1 => 2 1 => 3 0 => 4 0 => 5 1 => 6

try_lock

尝试锁定互斥。立即返回。成功获得锁时返回 true ，否则返回 false 。

允许此函数虚假地失败而返回 false ，即使互斥当前未为任何其他线程所锁定。

若已占有 mutex 的线程调用 try_lock ，则行为未定义。

若此操作返回 true ，则同一互斥上的先前 unlock() 操作同步于（定义于 std::memory_order ）它。注意若此操作返回 false ，则先前的 lock() 不与之同步。

#include <iostream> // std::cout
#include <chrono>
#include <mutex>
#include <thread>

std::chrono::milliseconds interval(100);

std::mutex mutex;
int job_shared = 0;	// 两个线程都能修改 'job_shared',
					// mutex 将保护此变量

int job_exclusive = 0;	// 只有一个线程能修改 'job_exclusive'
						// 不需要保护

// 此线程能修改 'job_shared' 和 'job_exclusive'
void job_1()
{
	std::this_thread::sleep_for(interval); // 0.1秒延迟, 令 'job_2' 先持锁

	while (true) {
		// 尝试锁定 mutex 以修改 'job_shared'
		if (mutex.try_lock()) {
			std::cout << "job shared (" << job_shared << ")\n";
			mutex.unlock();
			return;
		}
		else {
			// 不能获取锁以修改 'job_shared'
			// 但有其他工作可做
			++job_exclusive;
			std::cout << "job exclusive (" << job_exclusive << ")\n";
			std::this_thread::sleep_for(interval);
		}
	}
}

// 此线程只能修改 'job_shared'
void job_2()
{
	mutex.lock();
	std::this_thread::sleep_for(5 * interval); // 0.5秒后unlock
	++job_shared;
	mutex.unlock();
}

int main()
{
	std::thread thread_1(job_1);
	std::thread thread_2(job_2);

	thread_1.join();
	thread_2.join();
}

Output
job exclusive (1) job exclusive (2) job exclusive (3) job exclusive (4) job shared (1)

相关参考

微软文档(mutex)

cppreference(mutex)