为什么互斥锁不需要一个互斥锁（而那个互斥锁需要一个互斥锁……）

Question

我正在通过指针传递一些变量（cv::Mat和bool类型）到几个线程中，并试图理解何时需要使用互斥锁。我发现如果在cv::Mat上不使用互斥锁，我的程序会崩溃（可能是因为一个线程正在写入另一个线程正在读取的内存区域），所以我已经为这些变量实现了互斥锁，问题得到了解决。

但现在，互斥锁是我要通过指针传递给每个线程的另一个变量。所以，在这种情况下，处理互斥锁变量的使用与需要互斥锁的其他变量相同，那么互斥锁有什么特别之处，我为什么不需要一个互斥锁呢（当然，这样做将无休止地进行，概念是行不通的）。

明确一点，我现有的代码运行良好，这更多是为了教育目的。

示例：

//Common frames 
cv::Mat captureimage, displayimage;
std::mutex capturemutex, displaymutex;

//Start image capture thread
std::thread t_imagecapture( CaptureImageThread, &captureimage, &capturemutex, &exitsignal );
//Start image processor thread
std::thread t_imageprocessor( ProcessImageThread, &captureimage, &capturemutex, &exitsignal );
//Start display thread
std::thread t_displayupdate( DisplayUpdateThread, &displayimage, &displaymutex, &exitsignal );

- DrTarr

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通常情况下，只需要一个互斥锁即可控制线程之间共享的所有变量。 - πάντα ῥεῖ

互斥锁是自身设计为线程安全的。它们使用操作系统的底层机制，保证在锁定/解锁互斥锁时不会出现竞态条件。 - Hayt

我已经为这些变量实现了互斥锁。-- 不，你并没有“实现”互斥锁；你已经“使用”了互斥锁。 - Pete Becker

关于为每个变量使用唯一的互斥锁与使用公共互斥锁，是否使用多个互斥锁会有性能提升？例如，在这个应用程序中，我不希望t_displayupdate线程在t_imagecapture线程正在写入捕获图像时等待读取displayiamge。 - DrTarr

如果这些互斥量保护的数据结构具有完全不相关的处理，那么您可以获得一些性能提升。否则，如果您需要同时获取两个或更多的互斥量，您很容易会出现死锁问题，请参见https://en.wikipedia.org/wiki/Deadlock。 - Serge

Answer 1

互斥锁是一种原子锁。它使用低级方法（CPU），例如可以无法中断地执行测试和设置来锁定，因此不需要外部锁来执行此操作。一旦锁定设置好了，其他线程就不能这样做，因此互斥锁可以保护对其他资源的访问。

- stefaanv

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是的，我并没有想到需要指出所有的实现。我甚至不知道所有的实现，所以我会编辑一下来强调这一点。 - stefaanv

谢谢！此外，这个网站对于解释原子操作非常有帮助：http://preshing.com/20130618/atomic-vs-non-atomic-operations/。而在原子操作的主题上，阅读此线程：https://dev59.com/3Gox5IYBdhLWcg3wcj54 使我听起来需要使用std::atomic来处理我的布尔变量。 - DrTarr

是的，atd::atomic在多线程工作时是一个改变游戏规则的东西。当需要原子地执行更多代码或保护更复杂的资源时，仍然需要使用互斥锁。 - stefaanv