C++ 资源管理 —— RAII

并发编程核心问题

多线程访问共享资源时可能引发数据竞争、内存损坏或未定义行为。例如 std::vector 的 push_back 操作涉及多个步骤（修改 size、capacity、内存重分配等），非线程安全。

资源保护思想

关键是为共享资源制定访问规则而非简单"给代码加锁"。共享数据（如全局容器）在多线程写操作时必须同步。

临界区定义

临界区指访问共享资源的代码段（如 data.push_back(1)）。设计时需平衡：

临界区过大：安全性高但并发性能差
临界区过小：并发能力强但易遗漏保护

原始 mutex 的风险

手动 lock()/unlock() 在异常抛出时可能导致锁未释放：

cpp 复制代码

mtx.lock();
throw std::runtime_error("error");  // unlock() 被跳过
mtx.unlock();

RAII 解决方案

通过 std::lock_guard 实现资源生命周期绑定：

cpp 复制代码

{
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);  // 构造时加锁
    data.push_back(1);
}  // 析构时自动解锁

确保函数任何退出路径（正常返回/异常）均释放锁。

锁粒度优化

避免将非共享操作放入临界区：

cpp 复制代码

// 错误：锁范围过大
std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
for (int i = 0; i < 10000; ++i) {
    data.push_back(i);  // 锁持有期间包含循环开销
}

// 正确：仅保护共享操作
for (int i = 0; i < 10000; ++i) {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
    data.push_back(i);
}

检查与操作原子性

判断与操作需在同一临界区：

cpp 复制代码

// 错误：检查未加锁
if (!data.empty()) {       // 竞态条件
    std::lock_guard lock(mtx);
    data.pop_back();
}

// 正确：原子化检查+操作
std::lock_guard lock(mtx);
if (!data.empty()) {
    data.pop_back();
}

死锁预防

多锁场景需统一加锁顺序：

cpp 复制代码

// 线程A和线程B均按 m1→m2 顺序加锁
std::lock_guard<std::mutex> lock1(m1);
std::lock_guard<std::mutex> lock2(m2);

并发设计 Checklist

明确共享资源与对应 mutex
优先使用 RAII 锁管理（如 lock_guard）
确保判断与操作的原子性
最小化临界区范围
多锁场景统一加锁顺序

语言对比（C++ vs Java）

特性	C++	Java
锁自动释放	`lock_guard`/`unique_lock`	`synchronized` 块
手动锁实现	`std::mutex`	`ReentrantLock`
异常安全保证	RAII 机制	JVM 自动管理

核心总结

线程栈数据私有，堆/全局数据需通过同步机制（如 mutex + RAII）保护共享访问。

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