一，互斥鎖

互斥鎖（Mutex，全稱 Mutual Exclusion）是并發編程中用于保護共享資源的核心同步機制。它通過確保同一時間僅有一個線程訪問臨界區（Critical Section），解決多線程環境下的數據競爭和不一致性問題。

二，std::mutex

1，頭文件

#include <mutex>

2，特性

• 不支持拷貝構造和拷貝賦值，只有默認構造
• std::mutex對象不支持移動語義，不支持swap。
• std::mutex是非遞歸鎖，遞歸鎖使用std::recursive_mutex
• unlock()次數過多時，會產生未定義的行為

3，成員函數

4，示例代碼

#include <mutex>
#include <iostream>
#include <thread>static std::mutex tex;
void test01()
{std::lock_guard<std::mutex> locker(tex);std::cout << "A" << std::endl;std::cout << "B" << std::endl;std::cout << "====================" << std::endl;
}void test02()
{tex.lock();std::cout << "A" << std::endl;std::cout << "B" << std::endl;std::cout << "====================" << std::endl;tex.unlock();
}void test03()
{if (tex.try_lock()){std::cout << "A" << std::endl;std::cout << "B" << std::endl;std::cout << "====================" << std::endl;tex.unlock();}
}int main()
{std::mutex tess;for (int i = 0; i < 15; i++){std::thread th(test03);//std::thread th(test02);//std::thread th(test01);th.detach();}system("pause");std::cout << "Hello World!\n";
}

5，源碼說明

根據源碼解釋mutex的特性。

_EXPORT_STD class mutex : public _Mutex_base { // class for mutual exclusion
public:// 只支持無參構造mutex() noexcept = default;// 不支持拷貝構造mutex(const mutex&)            = delete;// 不支持拷貝賦值mutex& operator=(const mutex&) = delete;
};

    void lock() {if (_Mtx_lock(_Mymtx()) != _Thrd_result::_Success) {// 未定義行為，僅發生在普通互斥鎖上（N4950標準 [thread.mutex.requirements.mutex.general]/6 條款）_STD _Throw_Cpp_error(_RESOURCE_DEADLOCK_WOULD_OCCUR);}if (!_Verify_ownership_levels()) {// only occurs for recursive mutexes (N4950 [thread.mutex.recursive]/3)// POSIX specifies EAGAIN in the corresponding situation:// https://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699919799/functions/pthread_mutex_lock.html_STD _Throw_Cpp_error(_RESOURCE_UNAVAILABLE_TRY_AGAIN);}}

下面是部分代碼行逐行說明：

_Mtx_lock(_Mymtx()) != _Thrd_result::_Success

_Mymtx()是獲取當前互斥量底層原生句柄。在Windows平臺上，C++標準庫互斥量(std::mutex)的底層原生句柄是CRITICAL_SECTION對象。這是Windows系統提供的高性能線程同步原語，完全由Windows內核創建和管理。

Windows CRITICAL_SECTION本質上是遞歸的。std::mutex的非遞歸特性是由C++標準庫在上層強制實現的。將底層互斥量句柄_Mymtx()傳遞給_Mtx_lock()函數，_Mtx_lock()函數嘗試鎖定互斥鎖，此時會執行遞歸檢測，如果是遞歸加鎖，會導致鎖定失敗，然后拋出異常：

_STD _Throw_Cpp_error(_RESOURCE_DEADLOCK_WOULD_OCCUR);

_Verify_ownership_levels()會檢查遞歸鎖的嵌套深度是否超限。超限時拋出異常。

三，std::recursive_mutex

與std::mutex相比，recursive_mutex是遞歸鎖。它允許同一線程多次獲取鎖而不會導致異常。

1，特性

• recursive_mutex是遞歸鎖，它可以多次調用lock和try_lock()，每次調用會增加內部的鎖計數
• 多次加鎖之后，必須調用同等次數的unlock()，才能解鎖
• 與std::mutex相同，不支持移動語義，不支持swap
• unlock()次數過多時，會產生未定義的行為

2，成員函數

3，示例代碼

static std::recursive_mutex tex;
void test01()
{std::lock_guard<std::recursive_mutex> locker(tex);std::lock_guard<std::recursive_mutex> locker1(tex); // 可多次加鎖std::cout << "A" << std::endl;std::cout << "B" << std::endl;std::cout << "====================" << std::endl;
}void test03()
{if (tex.try_lock()){if (tex.try_lock()){std::cout << "A" << std::endl;if (tex.try_lock()){std::cout << "B" << std::endl;if (tex.try_lock()){tex.lock();std::cout << "====================" << std::endl;}}}tex.unlock(); tex.unlock(); tex.unlock(); tex.unlock(); tex.unlock();}
}

四，std::timed_mutex

std::timed_mutex（定時互斥鎖）是 C++11 標準庫提供的帶有超時功能的互斥量類型，它在 std::mutex 基礎上增加了嘗試獲取鎖直到超時的能力，適用于需要避免無限期阻塞的場景。

1，特性

• std::timed_mutex對象不支持拷貝構造和拷貝賦值
• std::timed_mutex對象不支持移動語義，不支持swap
• std::timed_mutex是非遞歸鎖
• unlock()次數過多時，會產生未定義的行為

2，成員函數

3，示例代碼

#include <mutex>
#include <iostream>
#include <thread>static std::timed_mutex timeMutex;void test04()
{if (!timeMutex.try_lock_for(std::chrono::milliseconds(1000))){std::cout << "獲取鎖超時" << std::endl;}else{std::cout << "A" << std::endl;std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(500)); // 模擬工作timeMutex.unlock();}
}int main()
{std::mutex tess;for (int i = 0; i < 15; i++){std::thread th(test04);th.detach();}system("pause");std::cout << "Hello World!\n";
}

五：std::recursive_timed_mutex

超時遞歸鎖。與timed_mutex相比，允許遞歸加鎖。