C++怎么使用互斥锁_C++多线程安全教程【同步】

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std::mutex必须配合raii类(如std::lock_guard或std::unique_lock)使用,裸调lock()/unlock()易因异常、提前return等导致死锁;多锁需统一顺序或用std::scoped_lock避免ab-ba死锁;mutex不可复制移动,应为private成员并禁用拷贝;递归需求才用std::recursive_mutex;关键在合理界定共享数据与临界区粒度。

C++怎么使用互斥锁_C++多线程安全教程【同步】

std::mutex 必须配合 std::lock_guard 或 std::unique_lock 使用

直接调用 mutex.lock()mutex.unlock() 极易出错——忘记 unlock、提前 return、抛异常都会导致死锁。c++ 标准库不推荐裸调用,而是靠 RAII 自动管理生命周期。

实操建议:

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  • std::lock_guard<:mutex></:mutex> 最常用:构造即加锁,析构即解锁,不能转移,轻量且安全
  • std::unique_lock<:mutex></:mutex> 用于需要延迟加锁、手动解锁、或配合条件变量的场景
  • 永远不要在同一个线程里对已持有的 std::mutex 再次调用 lock() —— 这是未定义行为,多数实现会死锁

多个 mutex 加锁顺序不一致会引发死锁

两个线程分别按不同顺序获取 mtx_amtx_b,比如线程1先锁 a 再锁 b,线程2先锁 b 再锁 a,就可能互相等待对方释放——典型 AB-BA 死锁。

实操建议:

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  • 所有代码路径中,对一组 mutex 的加锁顺序必须严格一致(例如始终按地址大小排序)
  • std::scoped_lock(C++17 起)一次性加多个锁,它内部自动按地址排序并避免死锁:std::scoped_lock lock(mtx_a, mtx_b);
  • 旧标准可用 std::lock(mtx_a, mtx_b) + std::lock_guard 的组合,但更啰嗦

std::mutex 不可复制、不可移动,别传值或存 vector

常见错误:把 std::mutex 成员变量设为 public,然后意外被拷贝;或试图 std::vector<:mutex></:mutex> —— 编译直接失败,因为 std::mutex 删除了拷贝和移动构造函数

实操建议:

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  • mutex 应作为类的 private 成员,且类本身也应禁用拷贝(显式删除 MyClass(const MyClass&) = delete;
  • 需要 N 个互斥资源?用 std::vector<:unique_ptr>></:unique_ptr> 或静态数组,而不是直接存对象
  • 跨线程共享 mutex?不行——mutex 只能在线程内持有,且不能跨线程传递所有权;它只是同步原语,不是数据载体

递归锁不是默认选项,std::recursive_mutex 要主动选

有些场景确实需要同一线程多次进入临界区(比如递归函数调用),但 std::mutex 不支持。有人误以为“加锁两次就自动递归”,结果程序卡死。

实操建议:

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  • 明确需要递归语义时,才用 std::recursive_mutex,并配 std::lock_guardstd::unique_lock
  • 注意性能开销:递归锁内部要维护计数器和持有线程 ID,比普通 std::mutex
  • 绝大多数业务逻辑不需要递归锁——重新设计函数边界、提取临界区外的公共逻辑,通常比用递归锁更清晰、更安全

真正难的不是写对 lock/unlock,而是判断哪段数据算“共享”、哪个粒度该加锁、以及锁住之后是否还调用了可能阻塞或抛异常的第三方代码——这些地方一漏,std::mutex 就成了幻觉。

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