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互斥量与死锁的技术解析

互斥量的基本概念

互斥量（Mutex）是一种用于线程保护共享资源的机制。其核心思想是：当一个线程使用代码对共享数据加锁时，其他线程必须等待，直到当前线程释放锁才能继续操作。这是一种互斥访问的机制，防止数据竞态和并发错误。

互斥量的本质是一个类对象，代表一把锁。多线程之间通过调用lock()成员函数来竞争这把锁，只有一个线程能够成功加锁。如果某个线程在加锁过程中遇到阻力（例如已被占用的锁），它将卡在lock()函数那里，无法继续执行。这就是所谓的死锁现象。

互斥量的用法

在使用互斥量之前，需要包含相应的头文件：

#include 
   

lock()和unlock()

互斥量的基础操作是lock()和unlock()。线程在对共享数据进行操作之前，应该调用lock()加锁；操作完成后，必须调用unlock()释放锁。lock()和unlock()必须成对使用，不能出现不成对的情况。例如：

class ProcessRequest {private:    std::list
   
     m_msgRecvQueue;    std::mutex my_mutex;    public:    void inMsgRecvQueue() {        for (int i = 0; i < 100000; ++i) {            my_mutex.lock();            std::cout << "插入一个元素" << std::endl;            m_msgRecvQueue.push_back(i);            my_mutex.unlock();        }    }    bool outMsgLULProc(int &command) {        if (!m_msgRecvQueue.empty()) {            int command = m_msgRecvQueue.front();            m_msgRecvQueue.pop_front();            return true;        }        return false;    }    void outMsgRecvQueue() {        int command = 0;        for (int i = 0; i < 100000; ++i) {            my_mutex.lock();            bool result = outMsgLULProc(command);            if (result == true) {                std::cout << "outMsgRecvQueue() 执行，取出一个元素" << std::endl;            } else {                std::cout << "outMsgRecvQueue() 还执行，但是消息队列为空" << std::endl;            }            my_mutex.unlock();        }    }};
   

std::lock_guard的优势

为了避免开发者忘记释放锁，C++提供了std::lock_guard类模板。它在构造时自动调用Mutex::lock()，而在析构时自动调用Mutex::unlock()。因此，lock_guard可以直接替代传统的lock()和unlock()，使用更为方便和安全。

std::lock_guard的使用方式如下：

std::lock_guard
   
     my_lock(my_mutex);// 加锁自动执行// ...// 解锁自动执行
   

注意：使用std::lock_guard后，不能再手动调用lock()或unlock()，这将导致错误。

死锁的概念

死锁是指两个或多个线程因占有互斥资源而阻塞，彼此无法继续执行的状态。死锁通常发生在多个线程竞争有限资源（如打印机和输入设备）时。例如：

• 线程A占有金锁，试图锁定银锁。
• 线程B占有银锁，试图锁定金锁。
• 两个线程都无法继续执行，导致系统陷入僵局。

死锁的特征

死锁的解决方案

为了避免死锁，必须确保互斥锁的使用顺序一致。例如：

Processor1:{    mutex1.lock();    mutex2.lock();    // ... 其他操作 ...    mutex1.unlock();    mutex2.unlock();}Processor2:{    mutex1.lock();    mutex2.lock();    // ... 其他操作 ...    mutex1.unlock();    mutex2.unlock();}

std::lock函数模板

在某些情况下，可能需要直接调用std::lock()函数模板来加锁：

std::lock(&my_mutex);// 操作共享数据std::unlock(&my_mutex);

std::lock_guard的std::adopt_lock参数

std::lock_guard支持一个叫做std::adopt_lock的参数。它允许在构造函数外传入已经加锁的Mutex对象，这样不会重复加锁。这种方式可以提高性能，特别是在多级锁的情况下。

参考文献

• CSDN文章