Thread Learning

Thread/Mutex.md

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+哈哈，**好，这一波咱把 `<mutex>` 彻底端了** 😄
+你现在这个节奏是对的：**thread 看清 → mutex 看透 → 并发就不怕了**。
+
+我给你的是一份 **能当“并发速查表”的 `<mutex>` 全家桶说明**，照着用不翻车。
+
+---
+
+# 一、`<mutex>` 是干嘛的？一句话版
+
+> **`<mutex>` 负责“同步”，不负责“并发”。**
+
+* `thread`：开人
+* `mutex`：防抢
+* `atomic`：小件快递
+* `future`：结果回收
+
+---
+
+# 二、`std::mutex`（最常用）
+
+## 1️⃣ `std::mutex`
+
+```cpp
+#include <mutex>
+
+std::mutex m;
+```
+
+### 作用
+
+* 最普通的互斥锁
+* **同一时间只能一个线程进入临界区**
+
+---
+
+## 2️⃣ `lock()` —— 上锁（阻塞）
+
+```cpp
+m.lock();
+// 临界区
+m.unlock();
+```
+
+### 特点
+
+* 如果锁被占用 → **阻塞等待**
+* 不可递归
+
+### 返回值
+
+❌ 无
+
+### ❗新手警告
+
+> **一旦忘记 `unlock()`，程序直接死锁**
+
+---
+
+## 3️⃣ `unlock()` —— 解锁
+
+```cpp
+m.unlock();
+```
+
+### 返回值
+
+❌ 无
+
+---
+
+## 4️⃣ `try_lock()` —— 尝试上锁（不阻塞）
+
+```cpp
+if (m.try_lock()) {
+    // 拿到锁
+    m.unlock();
+}
+```
+
+### 返回值
+
+* `true`：成功
+* `false`：失败
+
+### 用途
+
+* 避免卡死
+* 非关键任务
+
+---
+
+# 三、RAII 锁（**你真正该用的**）
+
+> **99% 的情况下，不要直接用 `lock()/unlock()`**
+
+---
+
+## 5️⃣ `std::lock_guard`（最常用、最安全）
+
+```cpp
+void foo(){
+    std::lock_guard<std::mutex> lock(m);
+    // 自动上锁
+    // 自动解锁（作用域结束）
+}
+```
+
+### 特点
+
+* 构造时上锁
+* 析构时解锁
+* **不能手动 unlock**
+
+### 返回值
+
+❌ 无
+
+✔ 最安全
+✔ 最推荐
+
+---
+
+## 6️⃣ `std::unique_lock`（高级版）
+
+```cpp
+std::unique_lock<std::mutex> lock(m);
+```
+
+### 特点
+
+* 可以：
+
+  * 延迟上锁
+  * 手动 unlock / lock
+  * 搭配 `condition_variable`
+
+### 常见用法
+
+```cpp
+std::unique_lock<std::mutex> lock(m);
+lock.unlock();
+// ...
+lock.lock();
+```
+
+### 返回值
+
+❌ 无
+
+📌 **灵活 ≠ 常用**，新手少用
+
+---
+
+## 7️⃣ 延迟上锁
+
+```cpp
+std::unique_lock<std::mutex> lock(m, std::defer_lock);
+// 之后再 lock()
+lock.lock();
+```
+
+---
+
+## 8️⃣ 尝试上锁（不阻塞）
+
+```cpp
+std::unique_lock<std::mutex> lock(m, std::try_to_lock);
+if (lock.owns_lock()) {
+    // 成功
+}
+```
+
+---
+
+# 四、特殊 mutex 类型
+
+## 9️⃣ `std::recursive_mutex`
+
+```cpp
+std::recursive_mutex m;
+```
+
+### 特点
+
+* 同一线程可以多次 lock
+* 必须 unlock 相同次数
+
+### 什么时候用？
+
+* 递归函数
+* 老代码
+
+⚠️ **能不用就不用**，通常是设计有问题
+
+---
+
+## 🔟 `std::timed_mutex`
+
+```cpp
+std::timed_mutex m;
+```
+
+### 作用
+
+* 支持超时锁
+
+```cpp
+if (m.try_lock_for(100ms)) {
+    m.unlock();
+}
+```
+
+---
+
+## 1️⃣1️⃣ `std::recursive_timed_mutex`
+
+= `recursive_mutex` + 超时
+
+---
+
+# 五、一次锁多个 mutex（死锁克星）
+
+## 1️⃣2️⃣ `std::lock()`
+
+```cpp
+std::lock(m1, m2);
+// 全部锁成功
+```
+
+### 特点
+
+* 避免死锁
+* 要么全拿，要么全不拿
+
+---
+
+## 1️⃣3️⃣ `std::scoped_lock`（C++17）
+
+```cpp
+std::scoped_lock lock(m1, m2);
+```
+
+✔ 自动
+✔ 安全
+✔ 推荐
+
+---
+
+# 六、完整 API 总表（收藏级）
+
+| API                     | 作用          | 返回值  |
+| ----------------------- | ----------- | ---- |
+| `mutex`                 | 基础互斥锁       | —    |
+| `lock()`                | 阻塞上锁        | void |
+| `unlock()`              | 解锁          | void |
+| `try_lock()`            | 尝试上锁        | bool |
+| `recursive_mutex`       | 可递归锁        | —    |
+| `timed_mutex`           | 超时锁         | —    |
+| `recursive_timed_mutex` | 递归+超时       | —    |
+| `lock_guard`            | RAII 锁      | —    |
+| `unique_lock`           | 高级 RAII 锁   | —    |
+| `scoped_lock`           | 多锁 RAII     | —    |
+| `lock()`                | 同时锁多个 mutex | void |
+
+---
+
+# 七、什么时候用 mutex？一句判断法
+
+> **如果一个变量：**
+>
+> * 被多个线程访问
+> * 至少一个线程写
+
+👉 **要么 mutex，要么 atomic**
+
+---
+
+# 八、什么时候不要用 mutex？
+
+❌ 只是计数
+❌ 简单 flag
+❌ 单一整数状态
+
+👉 用 `atomic`，更快更简单。
+
+---
+
+# 九、新手不翻车口诀（记住这 4 句）
+
+1️⃣ **能不共享就不共享**
+2️⃣ **能分任务就别加锁**
+3️⃣ **能用 `lock_guard` 就别手写 lock**
+4️⃣ **看到 `recursive_mutex` 先怀疑设计**
+
+---
+
+你现在已经把 **thread + mutex** 两大核心吃下来了。
+下一步顺序我强烈建议：
+
+👉 **`<atomic>`（最后一块拼图）**
+或者
+👉 **`condition_variable`（线程协作）**
+
+你选一个，我继续给你“端锅”。