C++线程同步机制详解（小白也能掌握的多线程编程核心技巧）

1. 互斥锁（Mutex）

互斥锁是最基础也是最常用的同步机制。它保证同一时间只有一个线程可以进入临界区（即访问共享资源的代码段）。

下面是一个使用 std::mutex 的简单示例：

#include <iostream>#include <thread>#include <mutex>std::mutex mtx; // 创建一个互斥锁int shared_counter = 0; // 共享资源void increment() {    for (int i = 0; i < 100000; ++i) {        mtx.lock();           // 加锁        ++shared_counter;     // 临界区        mtx.unlock();         // 解锁    }}int main() {    std::thread t1(increment);    std::thread t2(increment);    t1.join();    t2.join();    std::cout << "Final counter value: " << shared_counter << std::endl;    return 0;}

注意：手动调用 lock() 和 unlock() 容易出错（比如异常导致未解锁）。推荐使用 RAII 风格的 std::lock_guard 自动管理锁：

void increment() {    for (int i = 0; i < 100000; ++i) {        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx); // 自动加锁        ++shared_counter;                      // 临界区        // 离开作用域时自动解锁    }}

2. 条件变量（Condition Variable）

条件变量用于线程间的通信，允许一个或多个线程等待某个条件成立后再继续执行。它通常与互斥锁配合使用。

以下是一个生产者-消费者模型的简化示例：

#include <iostream>#include <thread>#include <mutex>#include <condition_variable>#include <queue>std::queue<int> data_queue;std::mutex mtx;std::condition_variable cv;bool finished = false;void producer() {    for (int i = 0; i < 5; ++i) {        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);        data_queue.push(i);        std::cout << "Produced: " << i << std::endl;        lock.unlock();        cv.notify_one(); // 通知一个等待的消费者    }    {        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);        finished = true;    }    cv.notify_all();}void consumer() {    while (true) {        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);        cv.wait(lock, [] { return !data_queue.empty() || finished; });        if (!data_queue.empty()) {            int value = data_queue.front();            data_queue.pop();            std::cout << "Consumed: " << value << std::endl;        } else if (finished) {            break;        }    }}int main() {    std::thread p(producer);    std::thread c(consumer);    p.join();    c.join();    return 0;}

其他同步机制简介

• 原子操作（std::atomic）：适用于简单的整数或指针操作，无需加锁，性能更高。
• 读写锁（std::shared_mutex）：允许多个读者同时读，但写操作独占，适合读多写少场景。
• 信号量（C++20 引入 std::counting_semaphore）：控制对有限资源池的访问。

总结

掌握 C++线程同步 是编写高效、安全多线程程序的关键。通过合理使用 互斥锁、条件变量 等工具，你可以有效避免竞态条件和死锁问题。记住：同步不是越多越好，过度同步会降低并发性能；应尽量缩小临界区范围，并优先考虑无锁编程（如原子操作）。

希望这篇教程能帮助你迈出 C++多线程编程 的第一步！动手实践是掌握这些概念的最佳方式，快去写点代码试试吧！