C++_stdmutex和stdatomic

std::mutex和std::atomic

std::mutex 保护一个代码块 ，而 std::atomic 保护对单个变量的操作

std::mutex

std::mutex (互斥锁) 的作用是保护一个"临界区 (Critical Section)"，也就是一段必须以原子方式执行的代码块。它确保在任何时刻，只有一个线程可以进入这段代码并执行其中的操作

1. 锁定 (Locking) ：一个线程在进入临界区前必须先获得锁 (lock)。如果锁已被其他线程持有，该线程将被阻塞 (Block)，即进入休眠状态，直到锁被释放
2. 高开销：线程阻塞和唤醒需要操作系统介入，涉及上下文切换，开销相对较大
3. 保护复杂操作：非常适合保护需要多个步骤才能完成的操作，或者需要同时访问多个变量的场景

转账操作包含"A账户减钱"和"B账户加钱"两个步骤，这两个步骤必须作为一个整体完成，不可分割：

#include <mutex>

class BankAccount {
private:
    std::mutex mtx_;
    double balance_ = 0;

public:
    void deposit(double amount) {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx_); // 自动加锁
        balance_ += amount;
    } // lock_guard析构时自动解锁

    void withdraw(double amount) {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx_);
        if (balance_ >= amount) {
            balance_ -= amount;
        }
    }
};

std::mutex 保护的是 balance_ 的整个读-改-写过程，确保其不被其他线程中断

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std::atomic

std::atomic (原子类型) 的作用是为单个变量的读、写、修改 等操作提供原子性保证。它通常用于实现无锁 (Lock-free) 编程

1. 原子指令 ：它通常利用CPU提供的特殊原子指令（如x86上的 LOCK ADD）来完成操作。这意味着操作是不可中断的，一步到位
2. 无阻塞：线程在执行原子操作时不会被操作系统挂起。如果多个线程同时尝试，它们会由CPU硬件来仲裁，但不会发生上下文切换
3. 低开销：因为不涉及操作系统层面的锁定和线程调度，其性能远高于互斥锁

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eg：多线程计数器

#include <atomic>
#include <thread>
#include <vector>

std::atomic<int> counter(0);

void increment() {
    for (int i = 0; i < 10000; ++i) {
        counter++; // 这是一个原子的读-改-写操作
    }
}

int main() {
    std::vector<std::thread> threads;
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        threads.emplace_back(increment);
    }
    for (auto& t : threads) {
        t.join();
    }
    // counter 的最终结果会是 100000
}

counter++ 这一行代码是原子性的，不会出现数据竞争

特性	std::mutex	std::atomic
保护对象	代码块（一系列操作）	单个变量
机制	阻塞式锁定	通常为无锁原子指令
性能开销	较高	非常低
适用场景	保护复杂逻辑、多变量状态	简单的状态标记、计数器、指针交换等