文章目錄

• 一、基本知識(shí)
• 二、獨(dú)占互斥量mutex
• • 1.mutex的介紹
  • 2.mutex的成員函數(shù)
  • 3.實(shí)例演示
• 三、lock_guard和unique_lock的使用和區(qū)別
• 四、遞歸互斥量recursive_mutex
• • 1.基本知識(shí)
  • 2.演示示例
• 五、帶超時(shí)的互斥量std::timed_mutex和std::recursive_timed_mutex

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一、基本知識(shí)

C++11提供如下4種語義的互斥量（mutex）
std::mutex，獨(dú)占的互斥量，不能遞歸使用。
std::time_mutex，帶超時(shí)的獨(dú)占互斥量，不能遞歸使用。
std::recursive_mutex，遞歸互斥量，不帶超時(shí)功能。
std::recursive_timed_mutex，帶超時(shí)的遞歸互斥量。
使用時(shí)需要包含頭文件

#include<mutex>

二、獨(dú)占互斥量mutex

1.mutex的介紹

下面以 std::mutex 為例介紹 C++11 中的互斥量用法。
std::mutex 是C++11 中最基本的互斥量，std::mutex 對象提供了獨(dú)占所有權(quán)的特性——即不支持遞歸地對 std::mutex 對象上鎖，而 std::recursive_lock 則可以遞歸地對互斥量對象上鎖。

2.mutex的成員函數(shù)

構(gòu)造函數(shù)：std::mutex不允許拷貝構(gòu)造，也不允許 move 拷貝，最初產(chǎn)生的 mutex 對象是處于unlocked 狀態(tài)的。
lock()：調(diào)用線程將鎖住該互斥量。線程調(diào)用該函數(shù)會(huì)發(fā)生下面 3 種情況：
①如果該互斥量當(dāng)前沒有被鎖住，則調(diào)用線程將該互斥量鎖住，直到調(diào)用 unlock之前，該線程一直擁有該鎖。
② 如果當(dāng)前互斥量被其他線程鎖住，則當(dāng)前的調(diào)用線程被阻塞住。
③如果當(dāng)前互斥量被當(dāng)前調(diào)用線程鎖住，則會(huì)產(chǎn)生死鎖。
unlock()： 解鎖，釋放對互斥量的所有權(quán)。
try_lock()：嘗試鎖住互斥量，如果互斥量被其他線程占有，則當(dāng)前線程也不會(huì)被阻塞。線程調(diào)用該函數(shù)也會(huì)出現(xiàn)下面 3 種情況：這些
①如果當(dāng)前互斥量沒有被其他線程占有，則該線程鎖住互斥量，直到該線程調(diào)用 unlock 釋放互斥量。
②如果當(dāng)前互斥量被其他線程鎖住，則當(dāng)前調(diào)用線程返回
false，而并不會(huì)被阻塞掉。
③如果當(dāng)前互斥量被當(dāng)前調(diào)用線程鎖住，則會(huì)產(chǎn)生死鎖。

3.實(shí)例演示

#include<iostream> #include<mutex> #include<thread> using namespace std;std::mutex mtx; int counter;void pthread_fun() {for (int i = 0; i < 10000; i++){mtx.lock();counter++;mtx.unlock();} }int main() {thread pthread[10];for (int i = 0; i < 10; i++){pthread[i] = thread(pthread_fun);}for (int i = 0; i < 10; i++){pthread[i].join();}cout << counter << endl;return 0; }

運(yùn)行結(jié)果：

三、lock_guard和unique_lock的使用和區(qū)別

相對于手動(dòng)lock和unlock，我們可以使用RAII(通過類的構(gòu)造析構(gòu))來實(shí)現(xiàn)更好的編碼方式。
這里涉及到unique_lock,lock_guard的使用。
C++相較于C引入了很多新的特性, 比如可以在代碼中拋出異常, 如果還是按照以前的加鎖解鎖的話代碼會(huì)極為復(fù)雜繁瑣。

unique_lock,lock_guard的區(qū)別：
unique_lock與lock_guard都能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加鎖和解鎖，但是前者更加靈活，能實(shí)現(xiàn)更多的功能。
unique_lock可以進(jìn)行臨時(shí)解鎖和再上鎖，如在構(gòu)造對象之后使用lck.unlock()就可以進(jìn)行解鎖，lck.lock()進(jìn)行上鎖，而不必等到析構(gòu)時(shí)自動(dòng)解鎖。

#include<iostream> #include<mutex> #include<thread> using namespace std;std::mutex mtx; int counter;void pthread_fun() {for (int i = 0; i < 10000; i++){//mtx.lock();error,必須和unlock配對，否則鎖得不到釋放std::unique_lock<mutex>lck(mtx);//right 這句語句執(zhí)行會(huì)自動(dòng)上鎖，生存期到了之后會(huì)調(diào)動(dòng)析構(gòu)函數(shù)自動(dòng)釋放鎖counter++;//lck.unlock();//可以手動(dòng)釋放，也可以等過了作用域，lck調(diào)用析構(gòu)函數(shù)析構(gòu)自動(dòng)釋放鎖} }int main() {thread pthread[10];for (int i = 0; i < 10; i++){pthread[i] = thread(pthread_fun);}for (int i = 0; i < 10; i++){pthread[i].join();}cout << counter << endl;return 0; }

對于locak_guard來說，unique_lock顯得比較靈活一點(diǎn)，因?yàn)樵趌ock_guard和unique_lock都可以借用對象有生存期調(diào)用析構(gòu)函數(shù)釋放鎖的情況下，unique_lock可以還自己上鎖釋放鎖，顯得比較靈活一點(diǎn)，所以平時(shí)比較經(jīng)常使用unique_lock。

四、遞歸互斥量recursive_mutex

1.基本知識(shí)

遞歸鎖允許同一個(gè)線程多次獲取該互斥鎖，可以用來解決同一線程需要多次獲取互斥量時(shí)死鎖的問題。
雖然遞歸鎖能解決這種情況的死鎖問題，但是盡量不要使用遞歸鎖，主要原因如下：
（1）需要用到遞歸鎖的多線程互斥處理本身就是可以簡化的，允許遞歸很容易放縱復(fù)雜邏輯的產(chǎn)生，并且產(chǎn)生晦澀，當(dāng)要使用遞歸鎖的時(shí)候應(yīng)該重新審視自己的代碼是否一定要使用遞歸鎖；
（2）遞歸鎖比起非遞歸鎖，效率會(huì)低；
（3）遞歸鎖雖然允許同一個(gè)線程多次獲得同一個(gè)互斥量，但可重復(fù)獲得的最大次數(shù)并未具體說明，一旦超過一定的次數(shù)，再對lock進(jìn)行調(diào)用就會(huì)拋出std::system錯(cuò)誤。

2.演示示例

#include<iostream> #include<mutex> #include<thread> using namespace std;std::recursive_mutex rc_mtx;//可遞歸的鎖 std::mutex mtx; int g_val = 0;void fun(int&& x) {if (x == 0) return;std::unique_lock<std::recursive_mutex>lck(rc_mtx);//right//下面語句error 會(huì)造成死鎖，因?yàn)檫f歸的時(shí)候鎖沒有釋放，再次獲得鎖，造成死鎖。//std::unique_lock<std::mutex>lck(mtx);g_val++;x--;fun(std::move(x)); }int main() {std::thread pthreads[5];for (int i = 0; i < 5; i++){pthreads[i] = std::thread(fun, 5);}for (int i = 0; i < 5; i++){pthreads[i].join();}cout << g_val << endl;return 0; }

運(yùn)行結(jié)果：

五、帶超時(shí)的互斥量std::timed_mutex和std::recursive_timed_mutex

std::timed_mutex比std::mutex多了兩個(gè)超時(shí)獲取鎖的接口：
try_lock_for：獲取鎖的時(shí)間，過了這個(gè)時(shí)間會(huì)釋放鎖
try_lock_until：嘗試獲得鎖，直到過了某個(gè)時(shí)間，返回false。

#include<iostream> #include<mutex> #include<thread> using namespace std;std::mutex mtx; std::timed_mutex t_mtx; int g_val = 0;//如果fun寫成下面那樣會(huì)發(fā)生死鎖，因?yàn)榈谝粋€(gè)獲取鎖的線程沒有釋放鎖，其他線程都會(huì)阻塞住 /* void fun() {mtx.lock();g_val++; } */std::chrono::milliseconds timeout(1000);void fun() {t_mtx.try_lock_for(timeout);//獲取鎖1000毫秒，1000毫秒后會(huì)釋放鎖g_val++; }int main() {std::thread pthreads[5];for (int i = 0; i < 5; i++){pthreads[i] = std::thread(fun);}for (int i = 0; i < 5; i++){pthreads[i].join();}cout << g_val << endl;return 0; }

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的C++——互斥量的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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