C++多线程：互斥变量 std::mutex

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描述
成员函数
总结

描述

头文件 <mutex>
使用 std::mutex <variable>
简介
mutex是一种多线程变成中的同步原语，它能够让共享数据不被多个线程同时访问，它不支持递归得对互斥对象上锁
特点
- 用方线程从它成功调用 lock 或 try_lock 开始，到它调用 unlock 为止占有 mutex
- 线程占有 mutex 时，所有其他线程若试图要求 mutex 的所有权，则将阻塞（对于 lock 的调用）或收到 false 返回值（对于 try_lock ）
- 调用方线程在调用 lock 或 try_lock 前必须不占有 mutex ，否则无法获取<mutex>变量

成员函数

构造函数
std::mutex::mutex
```
constexpr mutex() noexcept;(1)
mutex( const mutex& ) = delete;(2)
```
(1)构造mutex实例，mutex实例构造完成之后是处于unlocked状态
(2)mutex的拷贝构造函数是不存在的
std::mutex::~mutex析构函数
销毁互斥变量
若互斥为任何线程占有，或若任何线程在保有任何互斥的所有权时终止，则行为未定义
赋值运算符，不存在

std::mutex::lock
锁定互斥。若另一线程已锁定互斥，则到 lock 的调用将阻塞执行，直至获得锁
错误发生时抛出 std::system_error ，包括底层操作系统阻止 lock 满足其规定的错误。在抛出任何异常的情况下，不锁定互斥。所以，直接使用mutex的lock成员是无处法处理异常的情况。

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <thread>
#include <mutex>int g_num = 0;  // protected by g_num_mutex 共享数据
std::mutex g_num_mutex;void slow_increment(int id)
{for (int i = 0; i < 3; ++i) {g_num_mutex.lock();++g_num;std::cout << id << " => " << g_num << '\n';g_num_mutex.unlock();//chrono是C++的时间库，提供1s线程的休眠std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));}
}int main()
{//0号线程和1号线程交叉执行对全局变量g_num对累加操作，执行完成之后sleep 1秒std::thread t1(slow_increment, 0);std::thread t2(slow_increment, 1);t1.join();t2.join();
}

输出如下

0 => 1
1 => 2
0 => 3
1 => 4
0 => 5
1 => 6

std::mutex::try_lock
尝试锁定互斥。立即返回。成功获得锁时返回 true ，否则返回 false。
若此操作返回 true ，则同一互斥上的先前 unlock() 操作同步于（定义于 std::memory_order ）它。注意若此操作返回 false ，则先前的 lock() 不与之同步

#include <chrono>
#include <mutex>
#include <thread>
#include <iostream> // std::coutstd::chrono::milliseconds interval(100);std::mutex mutex;
int job_shared = 0; // 两个线程都能修改 'job_shared',// mutex 将保护此变量int job_exclusive = 0; // 只有一个线程能修改 'job_exclusive'// 不需要保护// 此线程能修改 'job_shared' 和 'job_exclusive'
void job_1()
{std::this_thread::sleep_for(interval); // 令 'job_2' 持锁while (true) {// 尝试锁定 mutex 以修改 'job_shared'if (mutex.try_lock()) {std::cout << "job shared (" << job_shared << ")\n";mutex.unlock();return;} else {// 不能获取锁以修改 'job_shared'// 但有其他工作可做++job_exclusive;std::cout << "job exclusive (" << job_exclusive << ")\n";std::this_thread::sleep_for(interval);}}
}// 此线程只能修改 'job_shared'
void job_2()
{mutex.lock();std::this_thread::sleep_for(5 * interval);++job_shared;mutex.unlock();
}int main()
{/*可以看到job1中的实现，使用的是try_lock获取锁，因为刚开始job1线程会进行100毫秒的休眠，所以cpu会先去执行job2，但是job2使用的是lock成员所以在job2中sleep 500毫秒的过程中执行job1时try_lock返回false,则执行exclusive输出.当job2获取不到锁，job1休眠结束之后释放锁，则job1重新获取锁成功*/std::thread thread_1(job_1);std::thread thread_2(job_2);thread_1.join();thread_2.join();
}

输出如下

job exclusive (1)
job exclusive (2)
job exclusive (3)
job exclusive (4)
job shared (1)

std::mutex::unlock解锁mutex实例
使用前提是当前线程必须被mutex的实例锁定，否则改函数的调用是未定义的
注意，当前成员与lock()成员，一般不直接调用，因为对异常情况的处理并不友好（程序锁定期间发生异常，进程就直接退出），所以一般与std::unique_lock 与 std::lock_guard 管理排他性锁一起使用
具体使用实例可以参考如上两个代码。

总结

mutex互斥变量，并提供来了独占锁特性。为C++提供了多线程访问共享数据的保护措施，同时引入了像unique_lock和lock_gurad异常处理锁机制来规避mutex的成员处理异常情况的不足。

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