使用互斥量保护共享数据

C++中通过实例化 std::mutex 创建互斥量， 通过调用成员函数lock()进行上锁， unlock()进行解锁。 不过， 不推荐实践中直接去调用成员函数， 因为调用成员函数就意味着， 必须记住在每个函数出口都要去调用unlock()， 也包括异常的情况。

C++标准库为互斥量提供了一个RAII语法的模板类 std::lock_guard ， 其会在构造的时候提供已锁的互斥量， 并在析构的时候进行解锁， 从而保证了一个已锁的互斥量总是会被正确的解锁。 

下面的程序清单中， 展示了如何在多线程程序中， 使用 std::mutex 构造的 std::lock_guard 实例， 对一个列表进行访问保护。 std::mutex 和 std::lock_guard 都在 <mutex> 头文件中声明。 

#include <list>
#include <mutex>
#include <algorithm>
std::list<int> some_list; // 1
std::mutex some_mutex; // 2
void add_to_list(int new_value)
{
    std::lock_guard<std::mutex> guard(some_mutex); // 3
    some_list.push_back(new_value);
} 
bool list_contains(int value_to_find)
{
    std::lock_guard<std::mutex> guard(some_mutex); // 4
    return std::find(some_list.begin(),some_list.end(),value_to_find) != some_list.end(); 
}

上面代码中有一个全局变量①， 这个全局变量被一个全局的互斥量保护②。 add_to_list()③和list_contains()④函数中使用 std::lock_guard<std::mutex> ， 使得这两个函数中对数据的访问是互斥的： list_contains()不可能看到正在被add_to_list()修改的列表。 

虽然某些情况下， 使用全局变量没问题， 但在大多数情况下， 互斥量通常会与保护的数据放在同一个类中， 而不是定义成全局变量。 这是面向对象设计的准则： 将其放在一个类中， 就可让他们联系在一起， 也可对类的功能进行封装， 并进行数据保护。 在这种情况下， 函数add_to_list和list_contains可以作为这个类的成员函数。 互斥量和要保护的数据， 在类中都需要定义为private成员， 这会让访问数据的代码变的清晰， 并且容易看出在什么时候对互斥量上锁。 当所有成员函数都会在调用时对数据上锁， 结束时对数据解锁， 那么就保证了数据访问时不变量不被破坏。 

但当其中一个成员函数返回的是保护数据的指针或引用时， 会破坏对数据的保护。 具有访问能力的指针或引用可以访问(并可能修改)被保护的数据， 而不会被互斥锁限制。 互斥量保护的数据需要对接口的设计相当谨慎， 要确保互斥量能锁住任何对保护数据的访问， 并且不留后门。