课时

解析如何在多线程 C++ 中找到临界区的边界：先确定共享资源及其不变量，然后再考虑锁（例如 std::mutex）。通过示例展示为什么 ++ 不是“一个操作”，为什么读取（ size()、 empty()、 average()）也参与竞争，以及如何在 TaskStats 组件中协调保护相关状态（ push_back + +=）。

解析 C++ 中的基本同步：为什么需要 std::mutex，为什么手动的 lock()/ unlock() 容易导致“永远”锁住，以及通过 std::lock_guard 的 RAII 方法如何将互斥量的释放绑定到作用域。演示如何正确限制临界区，保护共享计数器甚至 std::cout 的输出，并分析在使用锁时的常见错误。

解析为什么在多线程 C++ 中有时单纯使用 std::lock_guard 不够： std::unique_lock 如何帮助精确控制互斥量的持有时间（提前 unlock()、再次 lock()、通过 std::defer_lock 延迟获取），以及 std::scoped_lock 如何以一个逻辑操作安全地一次性拿住多个互斥量（例如在账户间转账时）。另外 — 实战模式 “snapshot → compute → commit”、一个简要的选择表和典型错误。

我们来讲解在多线程 C++ 中什么是互相阻塞（ deadlock）：它如何因为不同的 std::mutex 获取顺序而产生，为什么通过无限的 join() 表现为程序“挂起”，以及如何通过锁纪律来预防问题——采用统一的 lock ordering 或使用一次性原子获取多个互斥量的方式（例如 std::scoped_lock）。另外还讨论在持锁期间做副作用（例如日志记录）的风险，以及“在锁下快照 → 解锁后处理”的实践。

我们讲解“将互斥锁放在类内部”的实践：为什么外部的 std::mutex 几乎不可避免地导致忘记加锁和数据竞争，如何通过 std::lock_guard 构建自我约束的接口，为什么在 const 方法中可能需要 mutable，以及如何通过 snapshot() 安全地读取数据。以线程安全的 TaskLog 为例，展示如何设计复合操作（ add_and_size()）以及应避免的错误（对容器的引用泄露、不同步的读取、过长时间持有 lock、多个互斥量时的 deadlock 风险）。