C++11 并发指南之std::mutex详解

2023-08-02 01:49:03 249

上一篇《C++11并发指南二(std::thread详解)》中主要讲到了std::thread的一些用法，并给出了两个小例子，本文将介绍std::mutex的用法。

Mutex又称互斥量，C++11中与Mutex相关的类（包括锁类型）和函数都声明在头文件中，所以如果你需要使用std::mutex，就必须包含头文件。

头文件介绍
Mutex系列类(四种)

std::mutex，最基本的Mutex类。
std::recursive_mutex，递归Mutex类。
std::time_mutex，定时Mutex类。
std::recursive_timed_mutex，定时递归Mutex类。

Lock类（两种）

std::lock_guard，与MutexRAII相关，方便线程对互斥量上锁。
std::unique_lock，与MutexRAII相关，方便线程对互斥量上锁，但提供了更好的上锁和解锁控制。

其他类型

std::once_flag
std::adopt_lock_t
std::defer_lock_t
std::try_to_lock_t

函数

std::try_lock，尝试同时对多个互斥量上锁。
std::lock，可以同时对多个互斥量上锁。
std::call_once，如果多个线程需要同时调用某个函数，call_once可以保证多个线程对该函数只调用一次。

std::mutex介绍

下面以std::mutex为例介绍C++11中的互斥量用法。

std::mutex是C++11中最基本的互斥量，std::mutex对象提供了独占所有权的特性——即不支持递归地对std::mutex对象上锁，而std::recursive_lock则可以递归地对互斥量对象上锁。

std::mutex的成员函数

构造函数，std::mutex不允许拷贝构造，也不允许move拷贝，最初产生的mutex对象是处于unlocked状态的。
lock()，调用线程将锁住该互斥量。线程调用该函数会发生下面3种情况：(1).如果该互斥量当前没有被锁住，则调用线程将该互斥量锁住，直到调用unlock之前，该线程一直拥有该锁。(2).如果当前互斥量被其他线程锁住，则当前的调用线程被阻塞住。(3).如果当前互斥量被当前调用线程锁住，则会产生死锁(deadlock)。
unlock()，解锁，释放对互斥量的所有权。
try_lock()，尝试锁住互斥量，如果互斥量被其他线程占有，则当前线程也不会被阻塞。线程调用该函数也会出现下面3种情况，(1).如果当前互斥量没有被其他线程占有，则该线程锁住互斥量，直到该线程调用unlock释放互斥量。(2).如果当前互斥量被其他线程锁住，则当前调用线程返回false，而并不会被阻塞掉。(3).如果当前互斥量被当前调用线程锁住，则会产生死锁(deadlock)。

下面给出一个与std::mutex的小例子（参考）

#include//std::cout
#include//std::thread
#include//std::mutex

volatileintcounter(0);//non-atomiccounter
std::mutexmtx;//locksaccesstocounter

voidattempt_10k_increases(){
for(inti=0;i<10000;++i){
if(mtx.try_lock()){//onlyincreaseifcurrentlynotlocked:
++counter;
mtx.unlock();
}
}
}

intmain(intargc,constchar*argv[]){
std::threadthreads[10];
for(inti=0;i<10;++i)
threads[i]=std::thread(attempt_10k_increases);

for(auto&th:threads)th.join();
std::cout<
std::recursive_mutex介绍


std::recursive_mutex与std::mutex一样，也是一种可以被上锁的对象，但是和std::mutex不同的是，std::recursive_mutex允许同一个线程对互斥量多次上锁（即递归上锁），来获得对互斥量对象的多层所有权，std::recursive_mutex释放互斥量时需要调用与该锁层次深度相同次数的unlock()，可理解为lock()次数和unlock()次数相同，除此之外，std::recursive_mutex的特性和std::mutex大致相同。
std::time_mutex介绍


std::time_mutex比std::mutex多了两个成员函数，try_lock_for()，try_lock_until()。
try_lock_for函数接受一个时间范围，表示在这一段时间范围之内线程如果没有获得锁则被阻塞住（与std::mutex的try_lock()不同，try_lock如果被调用时没有获得锁则直接返回false），如果在此期间其他线程释放了锁，则该线程可以获得对互斥量的锁，如果超时（即在指定时间内还是没有获得锁），则返回false。
try_lock_until函数则接受一个时间点作为参数，在指定时间点未到来之前线程如果没有获得锁则被阻塞住，如果在此期间其他线程释放了锁，则该线程可以获得对互斥量的锁，如果超时（即在指定时间内还是没有获得锁），则返回false。
下面的小例子说明了std::time_mutex的用法（参考）。
#include//std::cout
#include//std::chrono::milliseconds
#include//std::thread
#include//std::timed_mutex

std::timed_mutexmtx;

voidfireworks(){
//waitingtogetalock:eachthreadprints"-"every200ms:
while(!mtx.try_lock_for(std::chrono::milliseconds(200))){
std::cout<<"-";
}
//gotalock!-waitfor1s,thenthisthreadprints"*"
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));
std::cout<<"*\n";
mtx.unlock();
}

intmain()
{
std::threadthreads[10];
//spawn10threads:
for(inti=0;i<10;++i)
threads[i]=std::thread(fireworks);

for(auto&th:threads)th.join();

return0;
}

std::recursive_timed_mutex介绍


和std:recursive_mutex与std::mutex的关系一样，std::recursive_timed_mutex的特性也可以从std::timed_mutex推导出来，感兴趣的同鞋可以自行查阅。;-)
std::lock_guard介绍


与MutexRAII相关，方便线程对互斥量上锁。例子（参考）:
#include//std::cout
#include//std::thread
#include//std::mutex,std::lock_guard
#include//std::logic_error

std::mutexmtx;

voidprint_even(intx){
if(x%2==0)std::cout<lck(mtx);
print_even(id);
}
catch(std::logic_error&){
std::cout<<"[exceptioncaught]\n";
}
}

intmain()
{
std::threadthreads[10];
//spawn10threads:
for(inti=0;i<10;++i)
threads[i]=std::thread(print_thread_id,i+1);

for(auto&th:threads)th.join();

return0;
}


std::unique_lock介绍


与MutexRAII相关，方便线程对互斥量上锁，但提供了更好的上锁和解锁控制。例子（参考）：
#include//std::cout
#include//std::thread
#include//std::mutex,std::unique_lock

std::mutexmtx;//mutexforcriticalsection

voidprint_block(intn,charc){
//criticalsection(exclusiveaccesstostd::coutsignaledbylifetimeoflck):
std::unique_locklck(mtx);
for(inti=0;i
好了，本文暂时讲到这里，还剩下std::try_lock，std::lock，std::call_once三个函数没有讲到，留在下一篇博客中讲吧;-)
以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持毛票票。
声明：本文内容来源于网络，版权归原作者所有，内容由互联网用户自发贡献自行上传，本网站不拥有所有权，未作人工编辑处理，也不承担相关法律责任。如果您发现有涉嫌版权的内容，欢迎发送邮件至：czq8825#qq.com（发邮件时，请将#更换为@）进行举报，并提供相关证据，一经查实，本站将立刻删除涉嫌侵权内容。

C++11 并发指南之std::mutex详解

热门推荐

随机推荐