C++11 并发指南之 Lock 详解

什么是 Lock

Lock 是一种同步机制，用于保护共享资源以避免并发访问。当多个线程访问同一个共享资源时，Lock 可以确保每个线程在使用共享资源时都是互斥的，从而避免竞态条件（Race Condition）和内存相关的不一致性问题。

Lock 的使用方法

C++11 中提供了两种 Lock 的实现方式：std::mutex 和 std::lock_guard。

std::mutex

std::mutex 是 C++11 中用于实现 Lock 的最基本的互斥量类型。它的基本用法非常简单，如下所示：

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

std::mutex mtx;

void print(int n) {
  std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
  std::cout << "Thread " << n << std::endl;
}

int main() {
  std::thread t1(print, 1);
  std::thread t2(print, 2);
  std::thread t3(print, 3);

  t1.join();
  t2.join();
  t3.join();
}

运行上述代码，我们会发现输出结果是按照 1、2、3 的顺序打印出来的。这是因为使用 std::lock_guard 定义了一个互斥范围，只有持有锁的线程才能输出。其他线程在试图访问锁时将会被阻塞，只有当持有锁的线程抛弃锁的时候，其他线程才能开始访问共享资源。

std::lock_guard

std::lock_guard 是 std::mutex 类型的 RAII 包装器，它能够在构造函数中获取锁，在析构函数中释放锁。这种用法可以避免一些人为的错误，比如忘记释放锁。

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

std::mutex mtx;

unsigned long long sum = 0;

void add(int n, int start, int end) {
  for (int i = start; i < end; ++i) {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
    sum += i;
  }
}

int main() {
  std::thread t1(add, 1, 1, 50000000);
  std::thread t2(add, 2, 50000000, 100000000);

  t1.join();
  t2.join();

  std::cout << sum << std::endl;
}

上述代码定义了一个全局变量 sum，然后定义了两个线程去修改它。我们使用了 std::lock_guard 来确保修改 sum 时是互斥的，避免了竞态条件（Race Condition）的问题。在两个线程都执行完毕后，输出最终的 sum 值。

结论

通过本文的介绍，我们可以看到，Lock 是一种非常重要的并发编程技术，能够保护共享资源以避免并发访问。在 C++11 中，我们可以使用 std::mutex 和 std::lock_guard 来实现锁，以保证线程安全。在使用 Lock 的过程中，一定要留意锁的粒度和生命周期，避免死锁等问题的发生。

参考资料

• C++11 并发编程指南