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c++如何使用mutex来保护共享数据_c++多线程数据同步与互斥锁使用示例

尼克

尼克

发布时间：2025-11-21 11:19:02

|

319人浏览过

|

来源于php中文网

原创

mutex是C++中用于保护共享数据的同步机制，通过std::mutex实现线程互斥访问，配合std::lock_guard可自动加解锁，避免死锁，确保多线程环境下共享变量操作的安全性与正确性。

c++如何使用mutex来保护共享数据_c++多线程数据同步与互斥锁使用示例

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，从而引发未定义行为。使用 std::mutex 可以有效保护共享资源，确保同一时间只有一个线程能访问该资源。

什么是 mutex？

std::mutex 是 C++11 引入的同步机制，用于控制多个线程对共享数据的访问。当一个线程锁定（lock）了互斥量后，其他试图锁定该互斥量的线程将被阻塞，直到持有锁的线程解锁（unlock）。

基本用法：保护共享变量

下面是一个使用 std::mutex 保护全局计数器的示例：

#include 
#include 
#include 
#include 

int shared_counter = 0;
std::mutex mtx;  // 定义互斥锁

void increment_counter(int iterations) {
    for (int i = 0; i < iterations; ++i) {
        mtx.lock();           // 加锁
        ++shared_counter;     // 访问共享数据
        mtx.unlock();         // 解锁
    }
}

int main() {
    std::vector threads;
    const int num_threads = 5;
    const int inc_per_thread = 1000;

    for (int i = 0; i < num_threads; ++i) {
        threads.emplace_back(increment_counter, inc_per_thread);
    }

    for (auto& t : threads) {
        t.join();
    }

    std::cout << "Final counter value: " << shared_counter << std::endl;
    return 0;
}

这个程序创建了5个线程，每个线程对 shared_counter 增加1000次。由于使用了 mtx.lock() 和 mtx.unlock()，保证了每次自增操作的原子性，最终结果应为5000。

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推荐方式：使用 std::lock\_guard 防止死锁

直接调用 lock() 和 unlock() 容易出错，比如在 unlock 前发生异常，会导致锁无法释放。更安全的做法是使用 std::lock_guard，它采用 RAII（资源获取即初始化）机制，在作用域内自动加锁，离开时自动解锁。

void safe_increment(int iterations) {
    for (int i = 0; i < iterations; ++i) {
        std::lock_guard guard(mtx);  // 自动加锁
        ++shared_counter;                        // 操作共享数据
    } // guard 离开作用域，自动解锁
}

即使在临界区发生异常，lock_guard 也会确保解锁，避免死锁或资源泄漏。

实际应用场景建议

在实际开发中，应注意以下几点：

  • 尽量缩小锁的范围，只在真正需要访问共享数据时才加锁，提升并发性能。
  • 避免在持有锁时执行耗时操作（如I/O、网络请求），否则会阻塞其他线程。
  • 多个互斥量时要注意加锁顺序，防止死锁。
  • 对于读多写少的场景，可考虑使用 std::shared_mutex（C++17）提高并发效率。

基本上就这些。正确使用 mutex 能有效解决多线程下的数据竞争问题，结合 lock_guard 可写出更安全、简洁的同步代码。

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