C++ 互斥锁、条件变量的基础使用
前言
在C++多线程开发中，互斥锁和条件变量是线程同步中非常重要的部分。互斥锁和条件变量主要用于确保对共享资源的访问是线程安全的（C++的容器都不是线程安全的）。本文主要介绍互斥锁和条件变量的基础使用。
互斥锁（Mutex）
互斥锁用于保护共享数据，防止多个线程同时修改同一资源；
当在多线程场景时，某一线程访问某一个被互斥锁保护的资源时，线程会首先尝试获取该互斥锁的所有权，但是如果锁已经被其他线程获取所有权，则该线程会被阻塞，直到其他线程放弃锁的所有权。
在C++中，<mutex>头文件提供了std::mutex类
示例代码
#include <mutex>
#include <thread>
std::mutex mtx; // 创建一个互斥锁
void func()
{ mtx.lock(); // 尝试获取锁 // 访问或修改共享资源 mtx.unlock(); // 释放锁
} // 或者使用std::lock_guard简化锁的获取与释放
void func_with_guard()
{ std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx); // 构造时自动获取锁，析构时自动释放锁 // 访问或修改共享资源
}
条件变量（Condition Variable）
条件变量主要与互斥锁配合使用，能够将线程在某一条件不满足时，使其挂起，并在条件满足时唤醒；
在C++中，<condition_variable>头文件提供了
std::condition_variablestd::condition_variable_any
两者对比，后者相对前者更灵活，但是性能相对差一点；
示例代码
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <thread> std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false; void print_id(int id)
{ std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx); while (!ready) {cv.wait(lck); // 等待ready变为true }// 当ready为true时，继续执行... std::cout << "Thread " << id << '\n';
} void go()
{ std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx); ready = true; cv.notify_all(); // 唤醒所有等待的线程
} int main()
{ std::thread threads[10]; // 创建10个线程 for (int i=0; i<10; ++i) {threads[i] = std::thread(print_id, i);} std::cout << "10 threads ready to race...\n";go(); // 唤醒所有线程 // 等待所有线程完成 for (auto& th : threads) {th.join(); return 0; }
}
条件变量相关函数
线程阻塞wait；
基本形式：
void wait(std::unique_lock<std::mutex>& lock);
wait函数接受一个unique_lock<std::mutex>类型的引用作为参数；调用wait函数时，当前线程会释放被 unique_lock<std::mutex>占用的锁并让线程阻塞，直到被另一个线程唤醒；
线程唤醒
notify_one
void notify_all() noexcept;
唤醒在条件变量上等待队列中的第一个线程；
（如果队列为空，不会有任何效果）
notify_all
void notify_one() noexcept;
唤醒等待队列中的所有线程；
相同点
当线程被唤醒时，会尝试获取与条件变量相关联的互斥锁。然而，由于只有一个线程能在任何给定时间持有锁，因此只有一个线程会成功获取锁并从wait函数中返回。未成功获取锁的线程将重新进入等待状态，直到锁被释放并再次尝试获取。