互斥锁和条件变量是C++多线程同步的核心工具。1. 互斥锁（std::mutex）通过加锁保护共享资源，防止数据竞争，常用RAII封装如std::lock_guard和std::unique_lock确保异常安全；2. 条件变量（std::condition_variable）配合std::unique_lock实现线程间通信，允许线程等待特定条件成立，典型用于生产者-消费者模型；3. 使用wait()时需循环检查谓词以避免虚假唤醒，notify_one()或notify_all()在状态改变后唤醒等待线程。正确组合二者可解决大多数线程同步问题。
在C++多线程编程中，多个线程同时访问共享资源容易引发数据竞争和不一致问题。为保证线程安全，必须使用同步机制。最常用的两种工具是互斥锁（mutex）和条件变量（condition_variable）。它们通常配合使用，实现对共享资源的安全访问和线程间通信。
互斥锁（std::mutex）保护共享资源
互斥锁用于确保同一时间只有一个线程能访问临界区。通过加锁和解锁操作，防止多个线程同时修改共享数据。
常用类型包括：
- std::mutex：最基本的互斥锁
- std::lock_guard：RAII风格的锁管理，构造时加锁，析构时自动解锁
- std::unique_lock：更灵活的锁，支持延迟加锁、手动释放，常与条件变量配合使用
示例：使用 lock_guard 保护共享计数器
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#include <thread><br>#include <mutex><br>#include <iostream>
std::mutex mtx;
int counter = 0;
void increment() {
for (int i = 0; i < 1000; ++i) {
std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
++counter;
}
}
int main() {
std::thread t1(increment);
std::thread t2(increment);
t1.join();
t2.join();
std::cout << "Final counter value: " << counter << std::endl; // 输出 2000
return 0;
}
条件变量（std::condition_variable）实现线程等待与唤醒
条件变量允许线程在某个条件不满足时进入等待状态，直到其他线程通知条件已达成。它不能单独使用，必须配合 std::unique_lock。
核心方法：
- wait(lock, predicate)：释放锁并阻塞线程，直到被唤醒且谓词为真
- notify_one()：唤醒一个等待中的线程
- notify_all()：唤醒所有等待中的线程
典型应用场景：生产者-消费者模型
#include <thread><br>#include <mutex><br>#include <condition_variable><br>#include <queue><br>#include <iostream>
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(); // 唤醒消费者
}
{
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
finished = true;
}
cv.notify_all(); // 通知所有消费者结束
}
void consumer() {
while (true) {
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
cv.wait(lock, [] {
return !data_queue.empty() || finished;
});
if (finished && data_queue.empty()) {
break;
}
int value = data_queue.front();
data_queue.pop();
lock.unlock();
std::cout << "Consumed: " << value << std::endl;
}
}
int main() {
std::thread p(producer);
std::thread c1(consumer);
std::thread c2(consumer);
p.join();
c1.join();
c2.join();
return 0;
}
关键注意事项
使用条件变量时有几个要点必须注意：
- 等待条件时必须使用循环检查谓词，避免虚假唤醒
- wait() 会自动释放锁，唤醒后重新获取锁
- 通知（notify）前应确保已修改共享状态并释放锁
- 多个消费者场景下使用 notify_all() 可避免遗漏
