面试题：网络编程多线程下如何通过锁机制保证数据一致性

Question

假设你正在开发一个网络服务器，多个线程会同时访问和修改一些共享数据。请详细描述如何使用互斥锁、读写锁等锁机制来保证数据的一致性，并且说明不同锁机制在这种场景下的适用情况及原因。

Answer 1

互斥锁

1. 使用方式：在每个线程访问和修改共享数据前，先获取互斥锁。例如在C++ 中，使用 std::mutex 类：

std::mutex mtx;
// 共享数据
int sharedData = 0; 

void threadFunction() {
    mtx.lock(); 
    // 访问和修改共享数据
    sharedData++; 
    mtx.unlock(); 
}

2. 适用场景及原因：适用于读操作和写操作都比较频繁的场景。因为互斥锁保证同一时间只有一个线程能访问共享数据，无论是读还是写，这样能简单有效地保证数据一致性。但缺点是如果读操作远多于写操作，会导致性能下降，因为读操作之间也会相互阻塞。

读写锁

1. 使用方式：对于读操作，获取读锁，允许多个线程同时读；对于写操作，获取写锁，此时不允许其他线程读或写。在C++ 中，可以使用 std::shared_mutex 类：

std::shared_mutex rwMutex;
int sharedData = 0; 

void readThreadFunction() {
    rwMutex.lock_shared(); 
    // 执行读操作
    int dataCopy = sharedData; 
    rwMutex.unlock_shared(); 
}

void writeThreadFunction() {
    rwMutex.lock(); 
    // 执行写操作
    sharedData++; 
    rwMutex.unlock(); 
}

2. 适用场景及原因：适用于读操作远多于写操作的场景。读锁允许多个线程同时读取共享数据，提高了读操作的并发性能。而写锁则保证写操作时数据的一致性，因为写操作时会独占共享数据，不允许其他线程读或写。这样在读多写少的场景下能显著提升性能。