如何在使用C++ lock_guard时收紧范围？

std::lock_guard 是 C++ 标准库中的一个类模板，用于简化互斥体（mutex）的管理。它通常与 std::mutex 或 std::recursive_mutex 一起使用，以确保在作用域结束时自动释放锁，从而避免死锁和其他并发问题。

基础概念

std::lock_guard 的设计目的是提供一个简单的 RAII（Resource Acquisition Is Initialization）风格的锁管理。当 std::lock_guard 对象被创建时，它会自动锁定互斥体，当对象离开其作用域时，它会自动解锁互斥体。

优势

自动管理锁的生命周期：无需手动调用 lock() 和 unlock()，减少了出错的可能性。
异常安全：即使在函数中抛出异常，std::lock_guard 也能确保互斥体被正确解锁。

类型

std::lock_guard 是一个模板类，通常使用 std::mutex 或其派生类作为模板参数。

应用场景

适用于需要在一段代码块中保护共享资源的场景，例如：

多线程环境下的数据同步。
防止多个线程同时访问和修改同一资源。

如何收紧范围

要收紧 std::lock_guard 的作用域，可以将它限制在需要保护的代码块内。这样可以减少锁的持有时间，提高并发性能。

示例代码

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>

std::mutex mtx;  // 全局互斥体

void print_block(int n, char c) {
    // 使用 lock_guard 自动管理锁的生命周期
    {
        std::lock_guard<std::mutex> guard(mtx);  // 锁定互斥体
        for (int i = 0; i < n; ++i) {
            std::cout << c;
        }
        std::cout << '\n';
    }  // 离开作用域时自动解锁互斥体

    // 这里不需要锁，可以进行其他不需要同步的操作
}

int main() {
    std::thread th1(print_block, 50, '*');
    std::thread th2(print_block, 50, '$');

    th1.join();
    th2.join();

    return 0;
}

遇到的问题及解决方法

问题：锁的持有时间过长

原因：如果 std::lock_guard 的作用域过大，会导致锁的持有时间过长，影响并发性能。

解决方法：将 std::lock_guard 的作用域限制在实际需要保护的代码块内。

示例代码改进

void print_block(int n, char c) {
    // 其他不需要同步的操作
    do_something_without_locking();

    {
        std::lock_guard<std::mutex> guard(mtx);  // 锁定互斥体
        for (int i = 0; i < n; ++i) {
            std::cout << c;
        }
        std::cout << '\n';
    }  // 离开作用域时自动解锁互斥体

    // 其他不需要同步的操作
    do_something_without_locking();
}

通过这种方式，可以确保锁只在必要时被持有，从而提高程序的并发性能。