面试题：C++ 多线程中的锁机制

Question

在C++多线程编程中，简述互斥锁（mutex）、读写锁（read - write lock）和条件变量（condition variable）的作用及使用场景，并举例说明如何使用互斥锁来保护共享资源。

Answer 1

互斥锁（mutex）

• 作用：用于保护共享资源，确保同一时间只有一个线程能够访问共享资源，避免数据竞争和不一致问题。
• 使用场景：当多个线程需要访问和修改共享资源时，例如共享变量、数据结构等场景。

读写锁（read - write lock）

• 作用：区分读操作和写操作。允许多个线程同时进行读操作，但只允许一个线程进行写操作，并且写操作时不允许读操作。这样在读取频繁的场景下可以提高并发性能。
• 使用场景：适用于读多写少的场景，比如数据库的查询操作（读）和更新操作（写）。

条件变量（condition variable）

• 作用：用于线程间的同步，一个线程可以等待某个条件满足后再继续执行，而其他线程可以通知这个条件已经满足。
• 使用场景：当线程需要等待某个条件发生后才能继续执行，例如生产者 - 消费者模型中，消费者线程等待生产者线程生产数据。

使用互斥锁保护共享资源示例

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

std::mutex mtx;
int shared_variable = 0;

void increment() {
    for (int i = 0; i < 10000; ++i) {
        mtx.lock();
        ++shared_variable;
        mtx.unlock();
    }
}

int main() {
    std::thread t1(increment);
    std::thread t2(increment);

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

    std::cout << "Final value of shared_variable: " << shared_variable << std::endl;
    return 0;
}

在上述代码中，mtx 是互斥锁，在对 shared_variable 进行修改前，通过 mtx.lock() 锁定互斥锁，确保同一时间只有一个线程能修改 shared_variable，修改完成后通过 mtx.unlock() 解锁互斥锁。