使用std::mutex和std::lock_guard可防止多线程数据竞争,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。

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。
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。