c++并发编程之互斥锁（mutex）的使用方法

多个线程访问同一资源时，为了保证数据的一致性，最简单的方式就是使用 mutex（互斥锁）。

引用 cppreference 的介绍：

The mutex class is a synchronization primitive that can be used to protect shared data from being simultaneously accessed by multiple threads.

　

方法1：直接操作 mutex，即直接调用 mutex 的 lock / unlock 函数
此例顺带使用了 boost::thread_group 来创建一组线程。

#include <iostream>
#include <boost/thread/mutex.hpp>
#include <boost/thread/thread.hpp>

boost::mutex mutex;
int count = 0;

void Counter() {
  mutex.lock();

  int i = ++count;
  std::cout << "count == " << i << std::endl;

  // 前面代码如有异常，unlock 就调不到了。
  mutex.unlock();
}

int main() {
  // 创建一组线程。
  boost::thread_group threads;
  for (int i = 0; i < 4; ++i) {
    threads.create_thread(&Counter);
  }

  // 等待所有线程结束。
  threads.join_all();
  return 0;
}

方法2：使用 lock_guard 自动加锁、解锁。原理是 RAII，和智能指针类似

#include <iostream>
#include <boost/thread/lock_guard.hpp>
#include <boost/thread/mutex.hpp>
#include <boost/thread/thread.hpp>

boost::mutex mutex;
int count = 0;

void Counter() {
  // lock_guard 在构造函数里加锁，在析构函数里解锁。
  boost::lock_guard<boost::mutex> lock(mutex);

  int i = ++count;
  std::cout << "count == " << i << std::endl;
}

int main() {
  boost::thread_group threads;
  for (int i = 0; i < 4; ++i) {
    threads.create_thread(&Counter);
  }

  threads.join_all();
  return 0;
}

方法3：使用 unique_lock 自动加锁、解锁
unique_lock 与 lock_guard 原理相同，但是提供了更多功能（比如可以结合条件变量使用）。
注意：mutex::scoped_lock 其实就是 unique_lock<mutex> 的 typedef。

#include <iostream>
#include <boost/thread/mutex.hpp>
#include <boost/thread/thread.hpp>

boost::mutex mutex;
int count = 0;

void Counter() {
  boost::unique_lock<boost::mutex> lock(mutex);

  int i = ++count;
  std::cout << "count == " << i << std::endl;
}

int main() {
  boost::thread_group threads;
  for (int i = 0; i < 4; ++i) {
    threads.create_thread(&Counter);
  }

  threads.join_all();
  return 0;
}

方法4：为输出流使用单独的 mutex
这么做是因为 IO 流并不是线程安全的！
如果不对 IO 进行同步，此例的输出很可能变成：

count == count == 2count == 41
count == 3

因为在下面这条输出语句中：

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std::cout << "count == " << i << std::endl;

输出 "count == " 和 i 这两个动作不是原子性的（atomic），可能被其他线程打断。

#include <iostream>
#include <boost/thread/mutex.hpp>
#include <boost/thread/thread.hpp>
#include <boost/thread/lock_guard.hpp>

boost::mutex mutex;
boost::mutex io_mutex;
int count = 0;

void Counter() {
  int i;
  {
    boost::unique_lock<boost::mutex> lock(mutex);
    i = ++count;
  }

  {
    boost::unique_lock<boost::mutex> lock(io_mutex);
    std::cout << "count == " << i << std::endl;
  }
}

int main() {
  boost::thread_group threads;
  for (int i = 0; i < 4; ++i) {
    threads.create_thread(&Counter);
  }

  threads.join_all();
  return 0;
}