C++11 并发指南之std::mutex详解
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 <mutex> 头文件中，所以如果你需要使用 std::mutex，就必须包含 <mutex> 头文件。
<mutex> 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 Mutex RAII 相关，方便线程对互斥量上锁。
- std::unique_lock，与 Mutex RAII 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 <iostream> // std::cout
#include <thread> // std::thread
#include <mutex> // std::mutex
volatile int counter(0); // non-atomic counter
std::mutex mtx; // locks access to counter
void attempt_10k_increases() {
for (int i=0; i<10000; ++i) {
if (mtx.try_lock()) { // only increase if currently not locked:
++counter;
mtx.unlock();
}
}
}
int main (int argc, const char* argv[]) {
std::thread threads[10];
for (int i=0; i<10; ++i)
threads[i] = std::thread(attempt_10k_increases);
for (auto& th : threads) th.join();
std::cout << counter << " successful increases of the counter.\n";
return 0;
}
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 <iostream> // std::cout
#include <chrono> // std::chrono::milliseconds
#include <thread> // std::thread
#include <mutex> // std::timed_mutex
std::timed_mutex mtx;
void fireworks() {
// waiting to get a lock: each thread prints "-" every 200ms:
while (!mtx.try_lock_for(std::chrono::milliseconds(200))) {
std::cout << "-";
}
// got a lock! - wait for 1s, then this thread prints "*"
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));
std::cout << "*\n";
mtx.unlock();
}
int main ()
{
std::thread threads[10];
// spawn 10 threads:
for (int i=0; i<10; ++i)
threads[i] = std::thread(fireworks);
for (auto& th : threads) th.join();
return 0;
}
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 Mutex RAII 相关，方便线程对互斥量上锁。例子（参考）:
#include <iostream> // std::cout
#include <thread> // std::thread
#include <mutex> // std::mutex, std::lock_guard
#include <stdexcept> // std::logic_error
std::mutex mtx;
void print_even (int x) {
if (x%2==0) std::cout << x << " is even\n";
else throw (std::logic_error("not even"));
}
void print_thread_id (int id) {
try {
// using a local lock_guard to lock mtx guarantees unlocking on destruction / exception:
std::lock_guard<std::mutex> lck (mtx);
print_even(id);
}
catch (std::logic_error&) {
std::cout << "[exception caught]\n";
}
}
int main ()
{
std::thread threads[10];
// spawn 10 threads:
for (int i=0; i<10; ++i)
threads[i] = std::thread(print_thread_id,i+1);
for (auto& th : threads) th.join();
return 0;
}
std::unique_lock 介绍
与 Mutex RAII 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 <iostream> // std::cout
#include <thread> // std::thread
#include <mutex> // std::mutex, std::unique_lock
std::mutex mtx; // mutex for critical section
void print_block (int n, char c) {
// critical section (exclusive access to std::cout signaled by lifetime of lck):
std::unique_lock<std::mutex> lck (mtx);
for (int i=0; i<n; ++i) {
std::cout << c;
}
std::cout << '\n';
}
int main ()
{
std::thread th1 (print_block,50,'*');
std::thread th2 (print_block,50,'$');
th1.join();
th2.join();
return 0;
}
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脚本之家。
相关文章
本篇文章是对c++中默认析构函数的使用进行了详细的分析介绍。需要的朋友参考下2013-05-05
下面是MFC/C++/C中字符类型CString, int, string, char*之间的转换的说明与举例，经常用的东西，相信对于用C/C++的朋友，还是比较有用的2013-03-03
这篇文章主要为大家详细介绍了C语言实现数独游戏的求解，文中示例代码介绍的非常详细，具有一定的参考价值，感兴趣的小伙伴们可以参考一下2019-01-01
QtWebApp是一个开源项目,它基于著名的Qt Framework开发,提供了一种在C++环境中构建HTTP服务器的解决方案,这篇文章主要给大家介绍了关于在Qt中使用QtWebApp搭建HTTP服务器的详细步骤,需要的朋友可以参考下2024-07-07
可变参数模板（variadic templates）是C++11新增的强大的特性之一，它对模板参数进行了高度泛化，能表示0到任意个数、任意类型的参数，这篇文章主要介绍了C++可变参数模板的展开方式,需要的朋友可以参考下2022-08-08
动态链接库是一个包含可由多个程序同时使用的代码和数据的库,本文主要介绍了VS2019创建c++动态链接库dll与调用方法,具有一定的参考价值,感兴趣的可以了解一下2024-06-06
这篇文章主要介绍了C++中的Lambda表达式详解,本文讲解了基本语法、Lambda的使用等内容,需要的朋友可以参考下,希望能够给你带来帮助2021-10-10
本文介绍着重介绍数据结构-栈和队列的知识，由于本文也设计多个动态内存开辟函数，小伙伴们在学习本文之前，一定一定一定要把动态内存开辟相关知识掌握牢固，这样学习起本文才能事半功倍2021-10-10
本篇文章是对使用C++实现队列的程序代码进行了详细的分析介绍，需要的朋友参考下2013-05-05
这篇文章主要为大家详细介绍了如何基于C++编写一个简单的密码系统,文中的示例代码讲解详细,具有一定的借鉴价值,感兴趣的小伙伴可以跟随小编一起学习一下2023-11-11
最新评论