C++中关于互斥量的全面认知

C++中的互斥量是多线程编程中实现同步的重要手段。以下是关于互斥量的全面认知攻略：

互斥量的基本概念

互斥量（Mutex）是一种同步工具，用于保护被多线程共享的资源（如共享内存）不被并发访问和修改，实现了资源的互斥访问。互斥量可以用于解决多线程环境中的竞争条件问题。

互斥量的使用

在C++中，互斥量是通过<mutex>头文件来使用。简单使用互斥量的步骤如下：

定义互斥量

#include <mutex>

std::mutex mtx;   //定义互斥量

互斥区域

使用互斥量实现同步的代码需要放在被称为“临界区”的互斥区域中，互斥区域内的代码同时只能由一个线程执行。例如：

mtx.lock();    //进入临界区前加锁
//临界区代码
mtx.unlock();  //临界区代码执行完后解锁

互斥量的种类

C++提供了三种互斥量：std::mutex、std::timed_mutex、std::recursive_mutex。不同种类的互斥量可以满足不同的同步场景。例如 std::timed_mutex 可以控制锁的有效时间，而 std::recursive_mutex 允许同一线程多次获得同一个锁。我们可以根据需求选择合适的互斥量类型。

示例说明

接下来，我们通过两个示例说明互斥量的使用。

示例一：对共享变量进行同步

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <chrono>

std::mutex mtx;  // 定义互斥量
int count = 0;   // 共享变量

void add_count() {
    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
        mtx.lock();  // 进入临界区前加锁
        count++;     // 对共享变量进行加一操作
        mtx.unlock();  // 临界区代码执行完后解锁
    }
}

int main() {
    std::thread t1(add_count);
    std::thread t2(add_count);
    t1.join();
    t2.join();
    std::cout << "count = " << count << std::endl;  // 输出结果
    return 0;
}

在这个示例中，我们定义了一个共享变量count和一个互斥量mtx，然后创建了两个线程add_count来对共享变量进行加一操作。注意，在对共享变量进行操作时，我们使用了互斥区域，来避免并发访问并保证线程同步。

示例二：使用递归互斥量

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <chrono>

std::recursive_mutex mtx;  // 定义递归互斥量

void print_message(const std::string& msg, int n) {
    mtx.lock();  // 进入临界区前加锁
    std::cout << msg << n << std::endl;
    if (n > 1) {
        print_message(msg, n-1);  // 递归调用
    }
    mtx.unlock();  // 临界区代码执行完后解锁
}

int main() {
    std::thread t1(print_message, "hello, world ", 5);
    t1.join();
    return 0;
}

在这个示例中，我们定义了一个递归互斥量mtx，并创建了一个函数print_message来输出一条指定次数的消息。print_message函数调用了自己，形成了递归，使用递归互斥量可以避免死锁的出现。

总结

通过以上的讲解和示例，我们对互斥量的使用和分类有了一个清晰的认知。在多线程编程中，合理使用互斥量能够确保代码的正确性和线程的同步。