为何C++ semaphore实现中同一mutex可被多线程多次锁定？

你的困惑源于对std::condition_variable::wait行为的误解——当线程调用wait时，它会自动释放持有的Mutex，被唤醒后又会重新获取Mutex。日志里的打印只是记录了线程曾经成功获取过Mutex的时刻，并非同一时刻多个线程持有Mutex。

具体流程拆解 #

以你的日志为例，逐个关键节点分析：

1. 线程0调用acquire，成功锁定Mutex，打印0 aquired mutex in aquire，此时count_从2减到1，函数执行完毕，unique_lock析构，自动释放Mutex。
2. 线程4获取到释放的Mutex，打印4 aquired mutex in aquire，count_从1减到0，函数执行完毕，释放Mutex。
3. 线程3获取Mutex，打印3 aquired mutex in aquire，发现count_为0，进入cv_.wait(lck)：
   • 这里wait会立即释放Mutex，让其他线程可以竞争获取。
4. 线程2此时竞争到Mutex，打印2 aquired mutex in aquire，同样发现count_为0，调用wait释放Mutex。
5. 后续线程5、1重复上述步骤：获取Mutex→打印日志→发现count为0→wait释放Mutex。

这些线程的“获取Mutex”操作是交替进行的，同一时刻永远只有一个线程持有Mutex，日志只是按时间顺序记录了每个线程成功获取Mutex的瞬间，并非同时持有。

额外代码优化建议 #

• 调整release函数的执行顺序：当前代码先lck.unlock()再cv_.notify_one()，虽然功能正常，但更稳妥的做法是去掉手动unlock，让unique_lock在函数结束时自动释放Mutex，同时把cv_.notify_one()放在unlock之前（即利用unique_lock的作用域自动管理锁），避免因唤醒时机导致的潜在唤醒丢失。
• 修复随机数生成问题：每个线程调用srand(id)会重置随机数种子，可能导致多个线程生成相同的等待时间，建议在main函数开头只调用一次srand(time(nullptr))。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Daniel Dobiński