C++如何使用互斥锁(std::mutex)保护共享数据_C++多线程数据同步方法

使用std::mutex和std::lock_guard可防止线程数据竞争,通过RaiI机制自动加解锁,确保共享数据安全,最终正确输出预期结果1000000。

C++如何使用互斥锁(std::mutex)保护共享数据_C++多线程数据同步方法

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和未定义行为。为确保线程安全,可以使用 std::mutex 对共享资源进行保护。通过加锁和解锁机制,确保同一时间只有一个线程能访问临界区代码。

1. 包含头文件并声明互斥锁

使用互斥锁前,需要包含相应的头文件,并定义一个 std::mutex 实例来保护共享数据。

 #include <iostream> #include <thread> #include <mutex> #include <vector>  int shared_data = 0; std::mutex mtx;  // 声明互斥锁 

2. 在关键代码段中加锁和解锁

当线程要读写共享数据时,必须先获取锁。操作完成后立即释放锁,避免长时间占用导致性能问题。

 void increment() {     for (int i = 0; i < 100000; ++i) {         mtx.lock();           // 获取锁         ++shared_data;        // 安全访问共享数据         mtx.unlock();         // 释放锁     } } 

虽然手动调用 lock() 和 unlock() 是可行的,但容易因异常或提前返回导致忘记解锁,引发死锁。

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3. 推荐使用 std::lock_guard 自动管理锁

std::lock_guard 是RAII(Resource Acquisition Is Initialization)风格的锁管理类,构造时加锁,析构时自动解锁,更安全可靠。

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 void increment() {     for (int i = 0; i < 100000; ++i) {         std::lock_guard<std::mutex> guard(mtx);         ++shared_data;         // 离开作用域时自动释放锁     } } 

即使在临界区中抛出异常,lock_guard 也能保证锁被正确释放。

4. 创建多个线程验证数据同步效果

启动多个线程并发调用受保护的函数,最终结果应为各线程增量之和。

 int main() {     const int num_threads = 10;     std::vector<std::thread> threads;      // 启动10个线程     for (int i = 0; i < num_threads; ++i) {         threads.emplace_back(increment);     }      // 等待所有线程完成     for (auto& t : threads) {         t.join();     }      std::cout << "Final value of shared_data: " << shared_data << std::endl;     return 0; } 

如果没有使用互斥锁,结果通常会远小于预期值(如 10 × 100000 = 1000000)。加上 mutex 后,输出应准确为 1000000。

基本上就这些。合理使用 std::mutex 配合 std::lock_guard,能有效防止数据竞争,实现线程安全的数据同步。不复杂但容易忽略的是:始终避免长时间持有锁,尽量缩小临界区范围以提升并发性能。

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