C++中常见的锁类型及其作用

在C++编程中，互斥锁（mutex）是一种同步原语，用于防止多个线程同时访问共享资源，从而避免竞态条件（race condition）。互斥锁确保在一个线程持有锁的期间，其他线程无法访问受保护的资源。

互斥锁（Mutex）:

作用: 保证一次只有一个线程可以访问共享资源。
用法：

std::mutex mtx;
mtx.lock();
// 访问共享资源
mtx.unlock();

- 特性: 简单高效，但容易导致死锁。
递归互斥锁（Recursive Mutex）:
- 作用: 允许同一个线程多次获得同一把锁，而不会导致死锁。
- 用法:

std::recursive_mutex rmtx;
rmtx.lock();
// 访问共享资源
rmtx.lock(); // 可以再次加锁
// 访问共享资源
rmtx.unlock();
rmtx.unlock();

读写锁（Shared Mutex / Read-Write Lock）:

作用: 允许多个线程同时读取资源，但写入时独占资源。
用法

std::shared_mutex smtx;
smtx.lock_shared(); // 共享锁，多个线程可同时读取
// 访问共享资源
smtx.unlock_shared();

smtx.lock(); // 独占锁，只能一个线程写入
// 修改共享资源
smtx.unlock();

- 特性: 提高读多写少场景下的性能。
自旋锁（Spinlock）:
- 作用: 线程在等待锁时会忙等待（不断检查锁的状态），适用于锁持有时间非常短的情况。
- 用法:

std::atomic_flag lock = ATOMIC_FLAG_INIT;
while (lock.test_and_set(std::memory_order_acquire)); // 自旋等待
// 访问共享资源
lock.clear(std::memory_order_release);

- 特性: 适用于短期锁定的场景，但忙等待会消耗CPU。
条件变量（Condition Variable）:
- 作用: 用于线程间的通知机制，使得一个线程可以等待特定条件，另一个线程满足条件后通知。
- 用法

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;

// 等待线程
std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
cv.wait(lck, []{ return ready; });
// 继续执行

// 通知线程
{
    std::lock_guard<std::mutex> lck(mtx);
    ready = true;
}
cv.notify_one(); // 或 cv.notify_all();