Что такое Mutex

1️⃣ Как кратко ответить

Mutex (Mutual Exclusion) — это механизм синхронизации, используемый для предотвращения одновременного доступа нескольких потоков к общему ресурсу. Он обеспечивает, чтобы в каждый момент времени только один поток мог выполнять критическую секцию кода, защищенную мьютексом.

2️⃣ Подробное объяснение темы

Mutex, или мьютекс, является ключевым инструментом в многопоточном программировании на C++. Его основная задача — обеспечить безопасный доступ к общим ресурсам, таким как переменные или структуры данных, которые могут быть изменены несколькими потоками одновременно. Без мьютекса одновременный доступ может привести к некорректным результатам или повреждению данных.

Зачем нужен мьютекс

В многопоточном приложении несколько потоков могут пытаться одновременно изменить один и тот же ресурс. Например, если два потока одновременно увеличивают значение одной и той же переменной, результат может быть непредсказуемым. Мьютекс предотвращает такие ситуации, гарантируя, что только один поток может выполнять определенный участок кода в любой момент времени.

Как работает мьютекс

Мьютекс действует как замок. Когда поток хочет выполнить код, защищенный мьютексом, он должен сначала "захватить" мьютекс. Если мьютекс уже захвачен другим потоком, текущий поток будет ждать, пока мьютекс не станет доступным. После завершения работы с защищенным ресурсом поток "освобождает" мьютекс, позволяя другим потокам захватить его.

Пример использования мьютекса в C++

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
​
// Создаем мьютекс
std::mutex mtx;
​
// Общий ресурс
int sharedCounter = 0;
​
// Функция, которая будет выполняться в нескольких потоках
void incrementCounter() {
    for (int i = 0; i < 1000; ++i) {
        // Захватываем мьютекс перед доступом к общему ресурсу
        mtx.lock();
        // Увеличиваем общий счетчик
        ++sharedCounter;
        // Освобождаем мьютекс после завершения работы с ресурсом
        mtx.unlock();
    }
}
​
int main() {
    // Создаем два потока, которые выполняют функцию incrementCounter
    std::thread t1(incrementCounter);
    std::thread t2(incrementCounter);
​
    // Ожидаем завершения потоков
    t1.join();
    t2.join();
​
    // Выводим значение общего счетчика
    std::cout << "Final counter value: " << sharedCounter << std::endl;
​
    return 0;
}

Объяснение кода

• std::mutex mtx; — создается объект мьютекса, который будет использоваться для синхронизации доступа к sharedCounter.
• void incrementCounter() — функция, которая увеличивает значение sharedCounter 1000 раз. Она будет выполняться в нескольких потоках.
• mtx.lock(); — поток захватывает мьютекс перед доступом к sharedCounter. Если мьютекс уже захвачен другим потоком, текущий поток будет ждать.
• ++sharedCounter; — критическая секция, где происходит изменение общего ресурса.
• mtx.unlock(); — поток освобождает мьютекс, позволяя другим потокам захватить его и выполнить критическую секцию.
• std::thread t1(incrementCounter); и std::thread t2(incrementCounter); — создаются два потока, которые выполняют функцию incrementCounter.
• t1.join(); и t2.join(); — основной поток ожидает завершения работы потоков t1 и t2.

Применение мьютексов

Мьютексы широко используются в многопоточных приложениях, где необходимо обеспечить целостность данных при одновременном доступе. Они применяются в системах реального времени, серверных приложениях, играх и других областях, где важна корректная работа с общими ресурсами.