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C++ —— 线程同步（互斥锁）

线程同步
互斥锁（互斥量）
- 测试代码
- mutex互斥锁

线程同步

线程同步：多线程协同工作，协商如何使用共享资源。
C++11线程同步包含三部分内容：

互斥锁（互斥量）
条件变量
生产/消费者模型

互斥锁（互斥量）

只有加锁和解锁两种状态，确保同一时间只有一个线程访问共享资源。
访问共享资源之前加锁，加锁成功，访问资源，访问完成，解锁释放。
若某线程持有锁，其他线程形成等待队列。

C++11提供了4种互斥锁：

mutex：互斥锁（最常用）
timed_mutex：带超时机制的互斥锁
recursive_mutex：递归互斥锁
recursive_timed_mutex：带超时机制的递归互斥锁

测试代码

#include <iostream>
#include <thread>
using namespace std;void func (int n, const string& s) {for (int i = 1; i <= 10; i++) {cout << "No." << i << ", n = " << n << ", s = " << s << endl;this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));}
}
a
int main () {thread t1(func, 1, "t1");thread t2(func, 2, "t2");thread t3(func, 3, "t3");thread t4(func, 4, "t4");thread t5(func, 5, "t5");thread t6(func, 6, "t6");t1.join();t2.join();t3.join();t4.join();t5.join();t6.join();return 0;
}

cout属于全局对象，若多线程都用它向屏幕输出文字，会出乱子。线程越多，越容易乱。

mutex互斥锁

使用互斥锁给cout加锁，代码如下：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex> // 使用互斥锁需要包含的头文件
using namespace std;mutex mtx; // 创建互斥锁对象，用于保护共享资源cout对象。void func (int n, const string& s) {for (int i = 1; i <= 10; i++) {// 每次调用cout对象之前，申请加锁mtx.lock();cout << "No." << i << ", n = " << n << ", s = " << s << endl;// 用完了就解锁mtx.unlock();this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));}
}int main () {// 代码不变...
}

再看一段示例代码：

#include <iostream>
#include <chrono> // 时间相关操作的头文件
#include <thread> // 线程相关操作的头文件
#include <mutex> // 互斥锁的头文件
using namespace std;int a = 0;
mutex mtx; // 创建互斥锁对象，用于保护共享资源a变量。void func () {for (int i = 0; i < 1000000; ++i) {mtx.lock();a++;mtx.unlock();}
}int main () {auto start = chrono::steady_clock::now();thread t1(func);thread t2(func);t1.join();t2.join();auto end = chrono::steady_clock::now();cout << "time = " << chrono::duration_cast<chrono::milliseconds>(end - start).count() << "ms" << endl;cout << "a = " << a << endl;return 0;
}

运行结果：

time = 101ms
a = 2000000

在代码中添加一些打印信息，能更清楚的观察到：两个线程申请加锁，只有一个成功，另外一个线程等待，直到第一个线程解锁后第二个线程才能加锁。

#include <iostream>
#include <chrono> // 时间相关操作的头文件
#include <thread> // 线程相关操作的头文件
#include <mutex> // 互斥锁的头文件
using namespace std;int a = 0;
mutex mtx;void func () {for (int i = 0; i < 1000000; ++i) {cout << "thread id: " << this_thread::get_id() << ", 申请加锁" << endl;mtx.lock();cout << "thread id: " << this_thread::get_id() << ", 加锁成功" << endl;a++;this_thread::sleep_for(chrono::seconds(5));mtx.unlock();cout << "thread id: " << this_thread::get_id() << ", 解锁" << endl;this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));}
}int main () {thread t1(func);thread t2(func);t1.join();t2.join();cout << "a = " << a << endl;return 0;
}