一、基础背景：

这三个都是 C++11/17 标准库提供的「RAII 风格的锁封装器」，不是锁本身，而是对底层锁（mutex/shared_mutex）的安全封装，核心共性完全一致：

  1. 核心作用：自动加锁 + 自动解锁，在作用域结束时（无论正常 return / 异常抛出），都会无条件解锁，彻底解决「手动调用lock()/unlock()遗漏解锁、异常导致死锁」的致命问题；
  2. 都不能独立使用：必须绑定一个底层互斥锁对象（std::mutex/std::shared_mutex等）才能工作；
  3. 都是栈上对象：锁的生命周期和作用域绑定，出作用域即解锁，安全无泄漏。

补充：底层的std::mutex是「锁本体」，是真正控制临界区互斥的核心；而这三个封装器是「锁的智能管家」，帮你安全的使用锁本体。

二、三者的核心区别

所有区别的根源，来自绑定的底层锁不同，先记 2 种核心锁本体：

  1. 排他锁（独占锁）：std::mutex → 最基础的互斥锁，一把锁同时只能被一个线程持有，无论读 / 写，只要加锁，其他线程全部阻塞。所有读 / 写操作抢同一把锁，读多写少场景性能极差。
  2. 读写锁：std::shared_mutex (C++17) → 核心设计：将锁分为「读锁」和「写锁」，是解决「读多写少」场景性能瓶颈的终极方案，也是你关心的「读写分离」核心依赖。
1. std::lock_guard —— 【极简轻量，无功能，极致高效】

C++11 提供，最简单、最轻量、零开销的 RAII 锁封装，是「能用则必用」的最优解，没有之一。

std::mutex mtx;
{
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx); // 构造时：自动加锁
    // 临界区代码：读/写都可以
} //

优点：编译期内联、无堆内存、无额外开销，性能和手动lock()+unlock()完全一致，最安全的「无脑加锁」方案；

缺点：功能极度简陋，灵活性为 0：

  1. 只能在「构造时加锁」，「析构时解锁」，中间无法手动解锁；
  2. 不支持「延迟加锁」「尝试加锁（try_lock）」「超时加锁」；
  3. 不支持「锁的所有权转移」（不能 move）；
  4. 只能绑定 std::mutex 排他锁，不支持shared_mutex读写锁。

适用场景

90% 的普通互斥场景，优先用 lock_guard —— 只要你的需求是「进入作用域加锁，出作用域解锁」，没有任何花里胡哨的需求，就用它。比如：单线程写、多线程读但不用分离、简单的临界区保护、计数器加减等。

2. std::unique_lock —— 【全能灵活，独占锁王者，功能无上限】

C++11 提供，功能最全、最灵活的 RAII 锁封装，是「独占锁」的终极形态，核心语义：对底层锁的「独占式所有权」。

std::mutex mtx;
{
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx); // 构造加锁，和lock_guard一致
    // 临界区代码：读/写都可以
    lock.unlock(); // 手动解锁（核心灵活点）
    // 其他代码...
    lock.lock();   // 再次手动加锁
} // 析构时：如果当前持有锁，自动解锁；未持有则无操作

核心优点：完全兼容 lock_guard 的所有功能，且拥有所有高级特性，是「独占锁」的超集：

  1. 支持「延迟加锁」：构造时不加锁，后续手动lock() → std::unique_lock lock(mtx, std::defer_lock);
  2. 支持「尝试加锁」：lock.try_lock()，非阻塞，失败立即返回，不会死等；
  3. 支持「超时加锁」：lock.try_lock_for(std::chrono::seconds(1))，超时自动放弃；
  4. 支持「手动解锁 / 重加锁」：中间可以灵活释放锁，减少临界区范围，提升并发；
  5. 支持「锁的所有权转移」：可以用std::move()转移锁的所有权，适配函数返回值、lambda 捕获；
  6. 重中之重：唯一能配合std::condition_variable（条件变量）使用的锁封装器，muduo/Reactor 网络模型中必备；
  7. 可以绑定 std::mutex 排他锁，也可以绑定 std::shared_mutex 作为写锁

缺点：比 lock_guard 多一点点性能开销（一个 bool 标记位 + 少量成员函数），但在现代编译器下几乎可以忽略不计。

语义：

unique = 独占 → 只要unique_lock持有锁，其他任何线程（无论读 / 写）都无法获取该锁，这是「排他锁」的核心特征。

3. std::shared_lock —— 【只读专用，共享锁专属，读写分离核心】

C++14 提供，C++17 正式完善，专为「读操作」设计的 RAII 锁封装，核心语义：对底层锁的「共享式所有权」，只能作为「读锁」使用，绝对不能做写操作。

std::shared_mutex smtx;
{
    std::shared_lock<std::shared_mutex> lock(smtx); // 构造时：加【共享读锁】
    // 临界区代码：只能执行【读操作】！！！
} // 析构时：自动解锁

核心优点：共享加锁，读线程之间互不阻塞 —— 这是读写分离的性能核心：

  1. 多个线程可以同时持有同一个shared_mutex的共享读锁，线程之间完全不阻塞，并发读的效率拉满；
  2. 轻量、安全，RAII 自动解锁，和 lock_guard 一样省心；
  3. 支持「延迟加锁、尝试加锁、超时加锁」等高级特性，和 unique_lock 对齐。

缺点：

  1. 只能绑定std::shared_mutex读写锁，不能绑定普通的std::mutex；
  2. 硬性规则：持有 shared_lock 时，绝对不能修改临界区数据，只能读！否则数据竞争、程序崩溃，这是语法不禁止但逻辑必须遵守的铁律。

语义：

shared = 共享 → 只要是「读操作」，所有线程都可以共享这把锁，只有「写操作」会被阻塞，这是「读写锁」的核心特征。

三、读写锁核心法则：shared_mutex + shared_lock(读) + unique_lock(写)

  • 读共享：多个线程用shared_lock加读锁 → 线程之间互不阻塞，可以同时读临界区数据；
  • 写独占：单个线程用unique_lock加写锁 → 阻塞所有其他线程（包括所有读线程和其他写线程），只有当前写线程能操作数据；
  • 写优先于读：如果有线程正在等待写锁，那么后续的读锁请求会被阻塞，直到写锁释放；避免「写线程饿死」。

这个设计是为了解决业务开发中 90% 的场景：读多写少 —— 比如：

  • HttpServer 的静态配置读取（如端口、域名）、缓存数据查询、日志读取、数据库查询结果缓存；
  • 所有「读操作远多于写操作」的场景。

性能对比：普通mutex排他锁，1000 个读线程会串行执行，耗时极长；而shared_mutex的共享读锁，1000 个读线程可以并行执行，性能提升百倍甚至千倍，写操作只是偶尔阻塞，完全不影响核心并发。

代码示例：

#include <iostream>
#include <mutex>
#include <shared_mutex>
#include <thread>
#include <vector>
#include <string>

// 全局共享数据：读多写少的典型场景
std::string g_config = "default:8080"; 
std::shared_mutex g_smtx; // 读写锁本体，唯一的核心锁

// 读操作：必须用 shared_lock
std::string get_config() {
    std::shared_lock<std::shared_mutex> lock(g_smtx); // 共享读锁
    return g_config; // 只读，无修改
}

// 写操作：必须用 unique_lock
void set_config(const std::string& new_config) {
    std::unique_lock<std::shared_mutex> lock(g_smtx); // 独占写锁
    g_config = new_config; // 只写，修改数据
}

int main() {
    // 100个读线程：并行执行，互不阻塞
    std::vector<std::thread> read_threads;
    for (int i = 0; i < 100; ++i) {
        read_threads.emplace_back([](){
            std::cout << "读线程：" << get_config() << std::endl;
        });
    }

    // 1个写线程：阻塞所有读线程，写完后释放
    std::thread write_thread([](){
        set_config("update:8081");
        std::cout << "写线程：配置已更新" << std::endl;
    });

    for (auto& t : read_threads) t.join();
    write_thread.join();
    return 0;
}

四、开发选型

场景 1：普通互斥（无读写分离，只有「排他锁」需求）

需求：临界区既有读又有写，或者读写频率相当，只需要保证互斥即可。

  • 优先用 std::lock_guard<std::mutex>：只要能满足需求，就用它，极致高效、代码简洁；
  • 特殊情况用 std::unique_lock<std::mutex>：需要手动解锁、延迟加锁、条件变量、超时锁等高级功能时，才替换成它。

一句话总结：lock_guard 是 unique_lock 的「精简高效版」，unique_lock 是 lock_guard 的「全能升级版」。

场景 2：读写分离（读多写少，核心性能优化需求）

需求：临界区大部分是读操作，极少是写操作，需要极致的并发读性能。

  • std::shared_mutex + 读用shared_lock + 写用unique_lock；
  • 绝对禁忌：不要用lock_guard/unique_lock做读操作，会把共享读变成独占读，彻底丧失并发性能；不要用shared_lock做写操作，会导致数据竞争。
追问 1：unique_lock 比 lock_guard 灵活，为什么不全都用 unique_lock？

因为lock_guard是零开销的，编译器会把它完全内联，生成的汇编代码和手动lock()+unlock()一模一样；而unique_lock有一个bool成员变量标记锁的状态，还有一些成员函数，会产生极少量的开销。在高性能场景下，能省则省，简单场景用lock_guard是最优解。

追问 2：shared_mutex 的写锁为什么要用 unique_lock 而不是 lock_guard？

可以用lock_guard<std::shared_mutex>做写锁，语法上完全合法，也能保证独占；但实际开发中，写操作往往需要更灵活的控制（比如手动解锁、超时加锁），而且unique_lock是行业标准写法，可读性更强，能明确标识「这是写锁」。

追问 3：有没有可能多个shared_lock导致数据不一致？

不会。因为shared_lock的核心是「只读」，所有持有共享读锁的线程都不会修改临界区数据，只是读取，所以数据永远是一致的；只有当有线程持有unique_lock写锁时，才会修改数据，而写锁会阻塞所有读锁，所以修改期间不会有读操作，数据一致性完全由锁保证。

追问 4：muduo 库中用的是哪种锁封装？

muduo 库中大量使用std::unique_lock，因为 muduo 是事件驱动的网络库，需要配合条件变量（Condition）实现线程间通信，而unique_lock是唯一能配合条件变量的锁封装；对于简单的临界区，muduo 也会用自定义的轻量锁封装，等价于lock_guard；muduo 也支持读写锁，读操作用共享锁，写操作用独占锁，和 C++ 标准一致。

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