c++的mutex和lock_guard如何使用 互斥锁保护共享资源【多线程】

std::mutex 和 std::lock_guard 是 C++ 多线程中安全同步共享资源的核心工具：前者提供手动加锁/解锁接口，后者通过 RAII 自动管理锁的生命周期，确保异常安全。

在多线程 C++ 程序中，std::mutex 和 std::lock_guard 是最常用、最安全的同步工具之一，用于保护共享资源不被多个线程同时修改，避免数据竞争（data race）和未定义行为。

mutex 用来上锁，lock_guard 自动管理锁的生命周期

std::mutex 是一个底层互斥量对象，提供 lock() 和 unlock() 手动控制接口；但手动管理容易出错（比如忘记 unlock、异常提前退出导致死锁）。std::lock_guard 是 RAII 封装器：构造时自动加锁，析构时自动解锁（哪怕发生异常也会释放），非常可靠。

• 必须用 std::mutex 对象的引用初始化 lock_guard，不能传值
• lock_guard 是不可复制的（deleted copy constructor），只能移动或栈上构造

典型用法：保护共享变量或临界区

假设多个线程要累加同一个 int 变量：

std::mutex mtx;
int shared_counter = 0;

void increment() {
    std::lock_guard guard(mtx); // 构造即加锁
    ++shared_counter;                        // 访问共享资源
} // guard 离开作用域，自动调用 ~lock_guard() → 解锁

• 所有访问 shared_counter 的地方都必须用同一把 mtx 加锁
• 锁的作用域越小越好，只包裹真正需要保护的代码段
• 不要跨函数持有锁（比如把 lock_guard 传给另一个函数），会延长临界区，降低并发性

常见错误和注意事项

容易忽略的细节会影响正确性和性能：

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• 全局或静态 mutex 要确保初始化顺序安全；推荐直接定义（C++11 起保证静态局部变量线程安全初始化）
• 避免嵌套加锁同一 mutex（会导致死锁），如已持锁再调 lock() 是未定义行为；可用 std::recursive_mutex（但通常说明设计有问题）
• 不要把 lock_guard 声明在 if 分支外却只在分支内使用——它必须在需要保护的代码前构造
• 若需尝试加锁或带超时，用 std::unique_lock 替代，lock_guard 不支持这些操作

完整可运行示例

启动两个线程并发调用 increment() 10 万次，最终结果应为 200000：

#include 
#include 
#include 
#include 

std::mutex mtx;
int counter = 0;

void increment() {
    for (int i = 0; i < 100000; ++i) {
        std::lock_guard guard(mtx);
        ++counter;
    }
}

int main() {
    std::thread t1(increment);
    std::thread t2(increment);
    t1.join(); t2.join();
    std::cout << "Final counter: " << counter << "\n"; // 输出 200000
}

去掉 lock_guard 或 mtx，结果大概率小于 200000，甚至每次不同——这就是典型的竞态现象。