怎么自学电脑软件设计基础，mutex，简单介绍

什么是互斥锁（mutex）？

互斥锁又称为互斥量，是一种同步工具，用于防止多个线程同时访问共享资源。互斥锁是一种最基本的型号同步工具，是线程间用于互斥地访问共享资源的一种方式。

当多个线程同时访问共享资源时，会产生竞争，出现问题，例如数据的不一致性、数据污染等等。为了避免这些问题，可以使用互斥锁来保证同一时刻只有一个线程访问共享资源，其他线程都必须等待。

互斥锁通常提供以下两种操作：

- 锁定 (Lock) 操作：尝试获取锁并在获取成功后再执行临界区代码；

- 解锁 (Unlock) 操作：在临界区代码执行完毕后释放锁，以便其他线程可以获取锁并访问共享资源。

互斥锁的实现

互斥锁的实现需要满足以下三个条件：

1. 互斥锁只能被一个线程锁定；

2. 当互斥锁已被锁定时，其他线程不能再次锁定该互斥锁；

3. 任何时刻只能有一个线程对互斥锁进行解锁操作。

常见的互斥锁实现包括：

1. 基于硬件

现代 CPU 往往可以提供硬件级别的互斥锁支持，比如在 Intel X86 指令集下，CPU 提供了指令 LOCK CMPXCHG 来实现互斥锁。硬件级别的实现可以提供比软件实现更高效的锁机制，并且可以避免出现死锁等问题。

2. 基于操作系统

现代操作系统往往提供了互斥锁的系统调用或者库函数，比如 pthread_mutex_lock()，Windows API 中的 Mutex 等。通过操作系统提供的互斥锁实现可移植性更高，但是操作系统层面的调用相对还是比较耗时的。

3. 基于软件

互斥锁的另一个实现方法是基于软件。基于软件的互斥锁一般是通过变量来实现，若该变量值为真，则表示当前该互斥锁已被其他线程所拥有，当前线程无法获取该锁。在获取锁时，会使用一定的算法轮询该变量，尝试获取处理器时间片来更新变量值，直到获取成功或超过一定的时间限制。

互斥锁的使用示例

下面是一个简单的互斥锁使用示例：

```c++

#include

#include

std::mutex mtx;

void thread_func(int id) {

mtx.lock();

std::cout << "Thread " << id << " start." << std::endl;

std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));

std::cout << "Thread " << id << " end." << std::endl;

mtx.unlock();

}

int main(){

std::thread t1(thread_func, 1);

std::thread t2(thread_func, 2);

t1.join();

t2.join();

return 0;

}

```

在该示例中，我们使用了 C++11 的互斥锁类 std::mutex，并在两个线程中对共享资源进行了访问，在访问时使用了互斥锁对临界区进行保护，以避免数据污染和其他问题。由于互斥锁的存在，我们可以保证所有线程安全地访问共享资源。

总结

本文介绍了互斥锁(mutex)的基本概念、常见的实现方法及使用示例。互斥锁是一种常用的线程同步工具，用于避免线程之间的竞争,保证共享资源的安全性。熟悉互斥锁的使用，对于开发高质量的软件至关重要。