如何理解互斥锁

互斥锁

使用条件变量的 wait 函数来等待特定条件

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

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

void worker() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
    cv.wait(lock, []{ return ready; }); // 等待 ready 变量为真
    std::cout << "Worker thread is running" << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t(worker);

    {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        ready = true; // 设置 ready 变量为真
    }
    cv.notify_one(); // 唤醒等待的线程

    t.join();

    return 0;
}

这个例子中定义了一个互斥锁 mtx，一个条件变量 cv 和一个布尔变量 ready。worker 函数是一个线程函数，它在一个独立的线程中运行。

在 worker 函数中，首先创建了一个 std::unique_lock 对象 lock，用来锁定互斥锁。然后调用条件变量的 wait 函数等待特定条件。wait 函数接受两个参数：一个互斥锁和一个谓词函数。谓词函数用来检查特定条件是否满足。在这个例子中，谓词函数是一个 lambda 表达式，它返回 ready 变量的值。

当调用 wait 函数时，它会自动解锁互斥锁并阻塞当前线程，直到条件变量被唤醒。当条件变量被唤醒时，wait 函数会自动锁定互斥锁，并调用谓词函数检查特定条件是否满足。如果谓词函数返回 true，则表示特定条件已经满足，此时 wait 函数会返回。否则，wait 函数会继续阻塞当前线程，直到条件变量再次被唤醒。

在主函数中，首先创建了一个线程 t，并将其与 worker 函数关联。然后使用花括号创建了一个临时作用域，在该作用域中创建了一个 std::lock_guard 对象 lock，用来锁定互斥锁。接着将 ready 变量设置为 true，表示特定条件已经满足。最后调用条件变量的 notify_one 函数唤醒等待的线程。

需要注意的是，在访问共享变量（如 ready 变量）时，需要使用互斥锁来保护对它的访问。在这个例子中，使用了 std::lock_guard 类来管理互斥锁。当创建一个 std::lock_guard 对象时，它会自动锁定互斥锁；当 std::lock_guard 对象销毁时，它会自动解锁互斥锁。

条件变量的工作原理

可以将条件变量比作一个闹钟，它可以让线程进入睡眠状态，并在特定条件下唤醒线程。当调用条件变量的 wait 函数时，线程就像是一个人躺在床上，按下了闹钟的按钮，然后进入了睡眠状态。此时，线程不会执行任何操作，直到被唤醒。

当其他线程调用条件变量的 notify_one 或 notify_all 函数时，就相当于闹钟响了。此时，等待的线程会被唤醒，就像人被闹钟吵醒一样。当线程被唤醒后，它会检查特定条件是否满足。如果特定条件已经满足，则线程会继续执行；否则，线程会再次进入睡眠状态，继续等待被唤醒。

例如，在上面的例子中，特定条件是 ready 变量为真。当调用 wait 函数时，线程会进入睡眠状态，并等待 ready 变量变为真。当主函数中将 ready 变量设置为真并调用 notify_one 函数时，等待的线程就会被唤醒。此时，它会检查 ready 变量是否为真。由于 ready 变量已经被设置为真，因此特定条件已经满足，此时 wait 函数会返回。

wait自动解锁互斥锁并阻塞当前线程

可以将互斥锁比作一扇门，它可以防止多个线程同时访问共享资源。当一个线程需要访问共享资源时，它需要先锁定互斥锁，就像用钥匙把门锁上一样。当线程访问完共享资源后，它需要解锁互斥锁，就像用钥匙把门打开一样。

而条件变量可以比作一个闹钟，它可以让线程进入睡眠状态，并在特定条件下唤醒线程。当调用条件变量的 wait 函数时，线程就像是一个人躺在床上，按下了闹钟的按钮，然后进入了睡眠状态。此时，线程不会执行任何操作，直到被唤醒。

当调用 wait 函数时，它会自动解锁互斥锁并阻塞当前线程。这就像一个人躺在床上，按下了闹钟的按钮，然后起身去开门，把门打开，再回到床上继续睡觉。此时，其他线程就可以进入房间（锁定互斥锁）并访问共享资源。

当其他线程调用条件变量的 notify_one 或 notify_all 函数时，就相当于闹钟响了。此时，等待的线程会被唤醒，就像人被闹钟吵醒一样。当线程被唤醒后，它会起身去关门（锁定互斥锁），然后检查特定条件是否满足。如果特定条件已经满足，则线程会继续执行；否则，线程会再次进入睡眠状态，继续等待被唤醒。

共享资源是房间里的一个东西吗

是的，在这个比喻中，共享资源可以比作房间里的一个东西，例如一张桌子或一个柜子。多个线程可以比作多个人，它们都想进入房间并使用这个共享资源。

由于共享资源只能被一个线程（人）同时访问，因此需要使用互斥锁（门）来防止多个线程（人）同时访问共享资源。当一个线程（人）需要访问共享资源时，它需要先锁定互斥锁（关上门），然后才能访问共享资源。当线程（人）访问完共享资源后，它需要解锁互斥锁（打开门），以便其他线程（人）可以进入房间并访问共享资源。