【c++】锁机制：mutex与condition_variable说明及示例代码

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已于 2023-10-15 19:08:48 修改 · 2.3k 阅读

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#c++

于 2023-10-15 16:39:59 首次发布

锁机制说明

mutex

互斥锁
用于多线程下保护资源同一时刻只有一个线程读写

std::mutex 是C++标准库中提供的互斥锁（Mutex）类，用于实现多线程之间的互斥访问。
它提供了两个主要的操作：lock() 和 unlock()。
当一个线程调用 lock() 函数时，如果锁没有被其他线程持有，那么该线程将获得锁，
否则，它会被阻塞，直到锁被释放。而当一个线程调用 unlock() 函数时，它释放了之前获得的锁。

condition_variable

条件变量
用于多线程下同步操作：A->B->A->B

std::condition_variable 是C++标准库中提供的条件变量（Condition Variable）类。
条件变量是一种线程间的同步机制，
它允许一个线程在某个特定条件下等待，而其他线程可以在满足这个条件时通知等待的线程继续执行。

消费者生产者模式下加锁代码

std::mutex mutex_; // 定义互斥锁
std::condition_variable cond_; // 定义条件变量

void producer() {
   
   
    // 生产数据
    {
   
   
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_);
        // 生产数据
    } // 离开作用域时自动释放锁

    cond_.notify_one(); // 通知一个等待的消费者线程
}

void consumer() {
   
   
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_);
    cond_.wait(lock); // 等待条件变量通知，同时释放锁，当被通知后重新获取锁

    // 消费数据
}

为什么需要2个变量

std::mutex（互斥锁）：std::mutex 是用来保护共享资源的，确保在任意时刻只有一个线程能够访问共享资源。当一个线程需要修改共享资源时，它必须先锁住互斥锁，以保证没有其他线程同时修改该资源。在上述例子中，std::mutex 被用于保护共享数据的读写，防止多个线程同时修改数据导致的竞态条件。
std::condition_variable（条件变量）：std::condition_variable 提供了一种机制，使得一个线程可以在满足特定条件时等待，同时允许其他线程在条件满足时通知等待的线程继续执行。在上述例子中，std::condition_variable 被用于在线程之间建立通信。当一个线程在等待某个条件成立时，它会通过 std::condition_variable 的 wait() 函数主动放弃锁，并且进入等待状态。另外一个线程在某个时刻通过条件变量的 notify_one() 或 notify_all() 函数，通知等待的线程条件已经满足，可以继续执行。