面试题：C++多线程资源竞争与锁机制优化

使用std::mutex和std::unique_lock实现安全访问
- 首先定义一个std::mutex对象，用于保护std::vector<int>容器。
- 在对std::vector<int>进行访问或修改的函数中，使用std::unique_lock<std::mutex>来锁定std::mutex。std::unique_lock提供了更灵活的锁管理方式，比如可以在构造时锁定，在析构时自动解锁。示例代码如下：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <mutex>
#include <thread>

std::vector<int> sharedVector;
std::mutex vectorMutex;

void addElement(int num) {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(vectorMutex);
    sharedVector.push_back(num);
}

void printVector() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(vectorMutex);
    for (int num : sharedVector) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
}

然后可以在多线程环境中调用这些函数：

int main() {
    std::thread t1(addElement, 1);
    std::thread t2(addElement, 2);
    std::thread t3(printVector);

    t1.join();
    t2.join();
    t3.join();

    return 0;
}

优化方案
- 减少锁的粒度：
  - 如果std::vector<int>容器中的操作可以被细分为独立的部分，那么可以对不同部分使用不同的锁。例如，如果只是对std::vector<int>的前半部分和后半部分分别进行独立操作，可以定义两个std::mutex，一个保护前半部分，一个保护后半部分。这样不同线程就可以同时操作不同部分，提高并发性能。
- 读写锁：
  - 如果对std::vector<int>的操作读多写少，可以使用读写锁（如std::shared_mutex）。读操作可以同时进行，只有写操作需要独占锁。在C++ 17及以上，std::shared_mutex可以和std::unique_lock（通过指定合适的锁策略，如std::defer_lock等）以及std::shared_lock配合使用。例如：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <shared_mutex>
#include <thread>

std::vector<int> sharedVector;
std::shared_mutex vectorMutex;

void readElement() {
    std::shared_lock<std::shared_mutex> lock(vectorMutex);
    // 进行读操作
    for (int num : sharedVector) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
}

void writeElement(int num) {
    std::unique_lock<std::shared_mutex> lock(vectorMutex);
    // 进行写操作
    sharedVector.push_back(num);
}

无锁数据结构：
- 考虑使用无锁数据结构来替代std::vector<int>，如std::atomic相关的数据结构或者一些第三方的无锁数据结构库。无锁数据结构通过使用原子操作避免了锁带来的性能开销，但实现和使用通常更复杂。例如，在某些场景下，可以使用std::atomic<int>数组来模拟类似std::vector<int>的功能。

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