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C++ 编程指南27 - 始终将 mutex 与它所保护的数据一起定义，并尽可能使用 synchronized_value＜T＞

news 来源：原创 2025/5/18 18:11:05

一：概述

在多线程编程中，互斥锁（std::mutex）的作用是保护共享数据的访问。但如果 mutex 和它保护的数据分开定义，可能会导致以下问题：

锁的使用不明显：程序员可能会忘记获取 mutex 就访问数据，导致数据竞争（race condition）。
锁管理混乱：代码阅读者难以明确哪个 mutex 保护哪个数据，可能会误用错误的 mutex，导致死锁或数据不一致。
封装性不足：数据和 mutex 分离，使得访问数据变得不安全。

二：反面示例代码

在下面的代码中， m 作为全局变量，与 shared_data 分开定义，代码阅读者无法一眼看出它们的关系。可能会出现开发人员在某处访问 shared_data 时忘记加锁，从而导致数据竞争。

#include <mutex>

std::mutex m;
int shared_data;  //  mutex 和数据分离了，容易误用

void update() {
    std::lock_guard<std::mutex> lk(m);
    shared_data++;  // 这里虽然正确加锁，但数据和锁分离，不直观
}

三：正确示例代码

在下面代码中，std::mutex m 就在数据 value 的旁边，让开发人员知道访问 value 时必须加锁。update() 方法显式地使用 lock_guard，确保 mutex 正确使用。

#include <mutex>

struct Record {
    std::mutex m;   // 明确表示需要加锁
    int value;

    void update() {
        std::lock_guard<std::mutex> lk(m);
        value++;
    }
};

C++ 标准委员会（WG21）提议引入 synchronized_value<T>，它会自动管理 mutex 并提供安全的数据访问，避免手动锁管理的错误。在 C++23 及以后，如果 synchronized_value<T> 可用，优先使用它！

#include <syncstream>  // C++23 标准库

class MyClass {
    struct DataRecord {
        int x;
        void increment() { x++; }
    };

    std::synchronized_value<DataRecord> data;  //  由 synchronized_value 自动管理锁

public:
    void update() {
        data->increment();  // 访问 data 时自动加锁
    }
};