同步(Synchronization)和互斥(Mutual Exclusion)关系

同步(Synchronization)和互斥(Mutual Exclusion)是多线程/多进程编程中两个核心概念,它们的核心区别如下:


1. 定义与目标

  • 同步

    协调多个线程/进程的执行顺序,确保它们按预期顺序访问共享资源或协作完成任务。
    目标 :避免竞争条件(Race Condition),保证程序逻辑正确性。
    示例:线程A写入数据后,线程B才能读取。

  • 互斥

    保护共享资源在同一时刻仅被一个线程/进程访问,防止数据损坏。
    目标 :避免数据竞争(Data Race),保证资源访问的原子性。
    示例:线程A访问共享变量时,线程B必须等待。


2. 实现机制

  • 同步

    常用机制:

    • 信号量(Semaphore)
    • 条件变量(Condition Variable)
    • 事件(Event)
    • 屏障(Barrier)
      特点:可能涉及线程间的主动等待或通知。
  • 互斥

    常用机制:

    • 互斥锁(Mutex)
    • 自旋锁(Spinlock)
      特点:强制独占访问,其他线程必须阻塞或忙等。

3. 关键区别

维度 同步(Synchronization) 互斥(Mutual Exclusion)
核心目标 控制执行顺序 保护资源独占访问
典型场景 生产者-消费者模型、线程协作 共享变量修改、临界区保护
阻塞性质 可能主动等待(如条件变量) 强制阻塞(如互斥锁)
关系 同步可能依赖互斥(如先锁后同步) 互斥是同步的基础工具之一

4. 经典比喻

  • 互斥:像厕所的"占用"标志,一次只能一个人使用。
  • 同步:像接力赛的交接棒,必须等前一棒完成才能传递。

5. 代码示例(伪代码)

c 复制代码
// 互斥:保护共享变量
mutex_lock(&lock);
shared_var++;
mutex_unlock(&lock);

// 同步:线程A等待线程B完成
semaphore_wait(&sem); // 等待信号
// 执行后续操作

总结:互斥是同步的子集,但同步的范围更广(如线程协作、事件通知等)。实际开发中,两者常结合使用(例如用互斥锁保护临界区,再用条件变量实现线程等待)。

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