如何理解互斥锁概念

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;
}