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一、什么是互斥锁
1、定义
2. 工作原理
3. 避免问题
4. 实现方式
5. 使用场景
一、什么是互斥锁
1、定义
互斥锁（Mutual Exclusion Lock）是一种机制，用于确保同一时间只有一个线程可以访问特定的共享资源。它类似于一把“锁”，只有获取了这把锁的线程才能访问被保护的资源。
2. 工作原理
- 加锁：当一个线程需要访问共享资源时，它首先需要获取互斥锁。如果锁当前没有被其他线程持有，线程将成功获得锁并进入临界区（即访问共享资源的代码部分）。
- 解锁：当线程完成对共享资源的访问后，它必须释放互斥锁，使其他等待中的线程可以继续访问共享资源。
- 阻塞：如果另一个线程试图获取一个已经被持有的锁，该线程将被阻塞（即等待），直到锁被释放。
3. 避免问题
- 死锁：如果多个线程在持有锁时都等待对方释放锁，就会发生死锁。为了避免死锁，可以设计合理的锁获取顺序，或者使用超时机制。
- 饥饿：如果某些线程总是得不到锁，可能会导致饥饿现象。可以通过公平的锁策略（例如公平锁）来减少这种情况的发生。
4. 实现方式
互斥锁的实现可以基于操作系统提供的原语，比如互斥量（mutex），信号量（semaphore），或者基于自旋锁（spinlock）等技术。
#include <iostream> #include <pthread.h> #include <unistd.h> // 用于 sleep 函数// 定义互斥锁 pthread_mutex_t mutex;// 线程函数 void* threadFunction(void* arg) {// 尝试获取互斥锁pthread_mutex_lock(&mutex);// 临界区开始：访问共享资源std::cout << "线程 " << pthread_self() << " 进入临界区" << std::endl;sleep(1); // 模拟对共享资源的操作std::cout << "线程 " << pthread_self() << " 离开临界区" << std::endl;// 释放互斥锁pthread_mutex_unlock(&mutex);return nullptr; }int main() {// 初始化互斥锁if (pthread_mutex_init(&mutex, nullptr) != 0) {std::cerr << "无法初始化互斥锁" << std::endl;return 1;}const int NUM_THREADS = 5;pthread_t threads[NUM_THREADS];// 创建多个线程for (int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i) {if (pthread_create(&threads[i], nullptr, threadFunction, nullptr) != 0) {std::cerr << "无法创建线程 " << i << std::endl;return 1;}}// 等待所有线程完成for (int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i) {pthread_join(threads[i], nullptr);}// 销毁互斥锁pthread_mutex_destroy(&mutex);return 0; }
5. 使用场景
互斥锁广泛应用于各种需要保护共享资源的场景，如多线程程序中的数据结构操作、文件读写、网络通信等。
总之，互斥锁是一种非常重要的同步工具，正确使用它可以有效避免并发编程中的许多常见问题，提高程序的安全性和稳定性。
