Как исправить проблему, когда мьютекс является локальной переменной?

Проблема в том, что локальный мьютекс, созданный в одной функции, уничтожается при выходе или возврате из этой функции. Если он используется для синхронизации доступа к общим ресурсам в других потоках, которые продолжают работать, то после уничтожения мьютекса синхронизация нарушается, что приводит к состоянию гонки и неопределенному поведению.

Чтобы исправить эту проблему, мьютекс должен существовать в общей области видимости, к которой могут получить доступ все потоки, работающие с защищаемым ресурсом.

Возможные решения:

1. Глобальный мьютекс: Если ресурс используется в разных частях программы, можно объявить мьютекс как глобальную переменную.

   // глобальный мьютекс
   std::mutex global_mutex;
   
   void access_shared_resource() {
       // блокируем мьютекс перед доступом
       std::lock_guard<std::mutex> lock(global_mutex);
       // доступ к общему ресурсу...
       // мьютекс автоматически разблокируется при выходе из области видимости
   }
   

2. Член класса (для защиты данных класса): Если ресурс — это член класса, мьютекс также может быть членом этого класса.

   class SharedData {
   public:
       void access_data() {
           // блокируем мьютекс
           std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_);
           // доступ к data_...
       }
   private:
       std::mutex mutex_; // мьютекс - член класса
       //... данные класса (ресурс)
   };
   

3. Статический член класса (для защиты статических данных класса): Если ресурс — статический член класса.

   class SharedStaticData {
   public:
       static void access_static_data() {
           // блокируем статический мьютекс
           std::lock_guard<std::mutex> lock(static_mutex_);
           // доступ к static_data_...
       }
   private:
       static std::mutex static_mutex_; // статический мьютекс
       //... статические данные класса (ресурс)
   };
   
   // определение статического члена
   std::mutex SharedStaticData::static_mutex_;
   

4. Куча (динамическое выделение): Менее предпочтительный вариант, требующий явного управления жизненным циклом. Мьютекс выделяется в куче и передается между потоками (например, через указатель).

   // Плохой пример, нужен тщательный контроль за жизненным циклом
   std::mutex* shared_mutex = new std::mutex();
   
   void thread_func() {
       // Небезопасно без гарантий, что mutex не удален другим потоком
       std::lock_guard<std::mutex> lock(*shared_mutex);
       // ...
   }
   
   //... необходимо удалить shared_mutex в конце работы
   // delete shared_mutex; // Опасно без синхронизации удаления
   

   Этот подход не рекомендуется из-за сложности управления жизненным циклом и рисков утечек или использования удаленного мьютекса. Предпочтительнее использовать решения с автоматическим управлением жизненным циклом (стек, члены класса, глобальные переменные), где мьютекс живет дольше, чем использующие его функции.

Главное — гарантировать, что мьютекс существует, пока существует ресурс, который он защищает, и пока любой поток может пытаться получить доступ к этому ресурсу.