在计算机编程的世界里，互斥锁（mutex）和信号量（semaphore）是两个基础而重要的概念。但在深入讨论这些概念之前，让先回到计算机程序的早期时代：那个有着糟糕发型、大量发胶和臭氧层逐渐稀薄的时代。
或许已经知道，或者如果是一个资深人士，甚至可能还记得，在80年代和90年代初的快乐时光里，可以在一台机器上同时运行同一个程序多次：多个窗口一个接一个地打开，可以继续打开越来越多的相同程序的窗口。有时，由于计算机资源不足，这会导致崩溃。
今天，在大多数情况下，希望程序在每台机器上只运行一次。例如，想象一下在同一台计算机上两次打开同一个Excel文档，两个人分别在每个文档上工作。
显然，除非重命名一个文档，否则如何管理两个实例中的更改？因此，MS Office只允许一次运行一个文档实例。让也假设拥有一个会计软件，它由办公室的人运行。没有理由在同一台机器上多次运行它。这也是用户友好设计的问题。如果用户不知道软件正在运行并启动了它的新实例，它将不会运行，而是将焦点带到已经运行的一个实例上。
还有另一个方面：有时，需要确保代码不会同时访问共享资源。把代码想象成在运行一个铁路网：不希望两列火车同时在同一条轨道上运行——希望它们同步运行，每列火车都按照它独特的时间表运行。程序需要同步运行其所有组件和资源（尽管有些程序是异步运行的）。
现在理解了问题，可以介绍解决方案之一：
互斥锁，全称为互斥对象（Mutual Exclusion Object）。C++标准库提供了std::mutex，它是一个用于保护共享资源不被多个线程或实例同时访问的机制。互斥锁是一种原始类型，提供独占的、非递归的所有权语义：
拥有互斥锁的程序、程序中的线程以及代码块，都是受保护的，这样其他实例或线程就无法运行相同的程序、线程或代码块——它们将被锁定，这将确保在任何给定时间只运行一次。
当另一个资源已经锁定了互斥锁时，尝试获取所有权将返回一个false值，这样调用方就知道它已经被锁定了。回到例子，如果会计软件的互斥锁被锁定，将找到已经运行的软件实例，并将焦点转移到它上面。
把互斥锁想象成语音信箱——当有人打电话给座机并在语音信箱中开始录制消息时，没有人可以同时打电话并留下消息——语音信箱被锁定了。当一个人完成录制消息时，另一个人可以打电话并留下消息。在这种情况下，“互斥锁”是局部于语音信箱的。可以给其他人留言，但在某人录制消息的过程中，特定语音信箱是被锁定的。当然，可以设计一个可以同时录制多达五个或十个消息的语音信箱，但大多数语音信箱按设计只允许单次录制。这是互斥锁的基本思想——目前不需要了解更多。
另一种控制资源访问的方法是使用信号量，它帮助同步程序。这种方法是由荷兰计算机科学家Edsger W. Dijkstra发明的，他最初在1965年设计信号量作为火车信号的方法。信号量是一个在线程之间共享的变量，可以简化为一个队列和一个计数器的数据结构。计数器初始化为0或大于0的值。使用这种结构，信号量运行两个非常简单的核心操作：
wait——当信号量被wait获取时，如果计数器不为0，其他线程仍然可以使用它。所以，如果初始值是十，这意味着允许十个线程使用这个资源，当它们每个获取信号量时，计数器就会减少，直到达到0。
signal或release——一旦线程完成使用资源，signal或release操作被用来释放信号量，那么在这种情况下，计数器就会增加。
如果这一切都太令人困惑，只要把信号量想象成Covid-19时期的便利店保安：在任何给定时刻，只有少数人被允许进入封闭的场所。有一个队列，然后有人被允许进入。在信号量中，“wait”意味着让某人进入，并减少可以被允许进入的人数计数器，如果那个计数器现在是0，就没人可以进去。当有人离开商店（“release”），计数器增加一个，所以另一个人可以进去。也可以将其比作火车信号机制，这是它的原始设计。