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C++中的std::lock是如何防止死锁的?(采用死锁规避算法同时加锁)

冰火之心

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发布时间:2026-01-20 15:34:45

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来源于php中文网

原创

std::lock通过固定内存地址升序加锁策略避免死锁,原子性协调多锁获取,失败时释放已获锁并重试;而手动加锁易因顺序不一致导致死锁。

c++中的std::lock是如何防止死锁的?(采用死锁规避算法同时加锁)

std::lock 是怎么做到“同时加锁还不死锁”的

std::lock 本身不检测死锁,也不在运行时动态规避;它靠的是**固定顺序加锁策略**——对多个 std::mutex 对象,按内存地址升序尝试加锁。这个顺序是确定的、跨线程一致的,从而从根源上消除循环等待条件。

关键点在于:它不是“先抢一个再抢另一个”,而是原子性地协调多个互斥量的获取过程。如果某个锁已被其他线程持有,std::lock 会释放已成功获取的锁,并重试(内部使用回退+重试机制),避免单个锁长期占用导致的间接阻塞。

std::lock 和手写 lock1 + lock2 的区别在哪

手动顺序加锁(比如先 mtx1.lock()mtx2.lock())极易因不同线程采用不同顺序而引发死锁。而 std::lock 强制所有调用者遵循同一顺序:

  • 它把所有传入的 mutex 指针转为地址,排序后依次尝试 try_lock()
  • 只要任一锁失败,就对已成功的锁调用 unlock(),然后短暂让出(如 std::this_thread::yield()),再重试整组
  • 这个过程对用户透明,无需关心重试逻辑
std::mutex mtx1, mtx2;
// 安全:std::lock 自动排序,不会因调用顺序不同而死锁
std::lock(mtx1, mtx2);

// 危险:以下两行在不同线程中交叉执行极易死锁
mtx1.lock(); mtx2.lock();  // 线程 A
mtx2.lock(); mtx1.lock();  // 线程 B

std::lock 的局限性和常见误用

它只解决“多 mutex 同时加锁”场景下的死锁问题,不适用于嵌套锁、递归锁、或混合使用 std::unique_lock 延迟构造等复杂情况。

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  • 传入的 mutex 必须支持 try_lock()std::mutexstd::timed_mutex 可以,但 std::recursive_mutex 不行)
  • 不能传入已处于锁定状态的 mutex,否则行为未定义
  • 若某 mutex 被 std::unique_lock 持有且处于 defer_lock 状态,需先确保其未被 lock,再传给 std::lock
  • 性能上比单个 lock() 略高开销,因为涉及地址比较、多次 try_lock() 和可能的重试

std::scoped_lock 是更现代的替代方案吗

是的。std::scoped_lock(C++17 起)在构造时调用 std::lock,并在析构时自动释放所有锁,兼具安全性和 RAII 语义。它比裸用 std::lock 更不容易出错:

  • 无需手动配对 unlock(),避免异常路径下漏解锁
  • 同样基于地址排序,死锁规避能力一致
  • 模板参数推导更严格,编译期就能捕获不支持 try_lock() 的类型
std::mutex mtx1, mtx2;
{
    std::scoped_lock lk(mtx1, mtx2); // 构造即 lock,作用域结束自动 unlock
    // ... 临界区
} // 这里自动 unlock,即使抛异常也安全

真正容易被忽略的是:地址排序依赖的是 mutex 对象本身的地址,不是指针值或包装器地址;如果通过指针或引用传入不同位置的 mutex 实例,排序结果依然稳定——但若在上临时构造 mutex 并传地址,就可能引入未定义行为。

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