一、先问一个工程问题
你有一个共享容器：
std::vector<int> data;
两个线程同时往里面 push_back()。
会发生什么？
你可能会说：
vector 不是自动扩容的吗？
是的，但：
vector 不是线程安全的。
内部会：
- 修改 size
- 可能 realloc
- 移动内存
如果两个线程同时写：
未定义行为。
二、资源保护的本质
并发系统里最重要一句话：
不是'给代码加锁'，而是'给资源加保护策略'。
资源 = 被多个线程共享的数据。
三、什么是临界区（Critical Section）
临界区是：
访问共享资源的代码区域。
例如：
data.push_back(1);
这一行，就是临界区。
四、最原始写法（危险）
std::mutex mtx;
void task() {
mtx.lock();
data.push_back(1);
mtx.unlock();
}
看起来没问题。
但如果中间抛异常？
mtx.lock();
throw std::runtime_error("error");
mtx.unlock(); // 永远执行不到
锁永远不释放。
其他线程：
永久阻塞（死锁）。
五、C++ 的核心思想：RAII
RAII = Resource Acquisition Is Initialization
意思：
资源的获取与对象生命周期绑定。
锁对象在构造时加锁，在析构时自动解锁。
这就是：
std::lock_guard
六、正确写法：std::lock_guard
std::mutex mtx;
void task() {
std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
data.push_back(1);
}
作用：
- 构造 → 自动 lock
- 离开作用域 → 自动 unlock
无论：
- return
- 异常
- break
都会释放锁。
七、Java 对比：synchronized
Java 写法：
synchronized (lock) {
data.add(1);
}
本质类似：
- 进入代码块 → 加锁
- 离开代码块 → 自动释放
区别：
| C++ | Java |
|---|---|
| lock_guard 是对象 | synchronized 是语言关键字 |
| 手动控制 mutex | JVM 管理 monitor |
八、完整并发示例（安全版）
#include <iostream>
#include <thread>
#include <vector>
#include <mutex>
std::vector<int> data;
std::mutex mtx;
void task() {
for (int i = 0; i < 10000; ++i) {
std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
data.push_back(i);
}
}
int main() {
std::thread t1(task);
std::thread t2(task);
t1.join();
t2.join();
std::cout << data.size() << std::endl;
}
输出：
20000
稳定。
九、锁的粒度问题（工程重点）
你这样写：
void task() {
std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
for (int i = 0; i < 10000; ++i) {
data.push_back(i);
}
}
锁范围更大。
优点：
- 锁竞争少
缺点：
- 阻塞时间更长
工程原则：
锁只保护'共享资源操作'， 不要把耗时操作放在锁里。
十、错误示例：锁太小
if (!data.empty()) {
std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
data.pop_back();
}
问题：
data.empty() 没加锁。
可能：
线程 A 判断非空 线程 B pop 完 线程 A 再 pop → 崩溃
正确写法：
std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
if (!data.empty()) {
data.pop_back();
}
十一、资源保护系统思维
写并发代码前问：
- 这个数据是否共享？
- 是否有写操作？
- 锁由谁持有？
- 锁范围是否最小化？
十二、死锁风险
死锁发生在：
- 两个线程
- 持有不同锁
- 相互等待
例如：
线程 A：锁 m1 → 锁 m2 线程 B：锁 m2 → 锁 m1
工程规避方式：
统一加锁顺序。
十三、工程 Checklist
✅ 共享数据必须有唯一 mutex ✅ 永远使用 lock_guard（不要手动 lock/unlock） ✅ 判断 + 操作必须在同一锁内 ✅ 锁只保护数据，不保护耗时操作
十四、Java 再类比总结
| 概念 | Java | C++ |
|---|---|---|
| 自动释放锁 | synchronized | lock_guard |
| 手动锁 | ReentrantLock | std::mutex |
| 异常安全 | JVM 保证 | RAII 保证 |
十五、本篇总结
线程私有栈，共享堆； 共享必保护； RAII 是 C++ 锁的灵魂。
