std::mutex

 

 

概要	#include <mutex>
Mutex 类(4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（2种）	std::lock_guard  //与 Mutex RAII 相关，方便线程对互斥量上锁。 std::unique_lock //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
通用方法	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	（1）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。 （2）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：      a）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。      b）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。      c）如果当前互斥量被当前调用线程锁住，则会产生死锁 (deadlock) 。 （3）unlock()，解锁，释放对互斥量的所有权。 （4）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：      a）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。      b）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。      c）如果当前互斥量被当前调用线程锁住，则会产生死锁 (deadlock) 。 示例： #include <iostream> #include <thread> #include <mutex> #include <atomic> using namespace std; atomic_int counter{ 0 }; //原子变量 mutex g_mtx; //互斥量 void fun() {    for (int i = 0; i <</span> 1000000; ++i){      if (g_mtx.try_lock()) {//尝试是否可以加锁         ++counter;         g_mtx.unlock(); //解锁     }   } } int main() {    thread threads[10];    for (int i = 0; i <</span> 10; ++i){      threads[i] = thread(fun);    }    for (auto & th : threads){      th.join();    }    cout << "counter=" << counter << endl;    system("pause");    return 0; } 运行结果： counter=1342244 示可知，10个线程不会产生死锁，由于 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。但是这样会导致结果不正确，这也就是线程安全的问题。
std::recursive_mutex。	如果一个线程中可能在执行中需要再次获得锁的情况，按常规的做法会出现死锁。 例如： #include <iostream> #include <thread> #include <mutex> using namespace std; mutex g_mutex; void threadfun1() {    cout << "enter threadfun1" << endl;    lock_guard lock(g_mutex);    cout << "execute threadfun1" << endl; } void threadfun2() {    cout << "enter threadfun2" << endl;    lock_guard lock(g_mutex);    threadfun1();    cout << "execute threadfun2" << endl; } int main() {   threadfun2(); //死锁   //Unhandled exception at 0x758BC42D in Project2.exe: Microsoft C++ exception:     std::system_error at memory location 0x0015F140.  return 0; } 运行结果: enter threadfun2 enter threadfun1 //就会产生死锁 此时就需要使用递归式互斥量 recursive_mutex 来避免这个问题。recursive_mutex不会产生上述的死锁问题，只是是增加锁的计数，但必须确保你unlock和lock的次数相同，其他线程才可能锁这个mutex。 例如： #include<iostream> #include<thread> #include<mutex> using namespace std; recursive_mutex g_rec_mutex; void threadfun1() {    cout << "enter threadfun1" << endl;    lock_guard lock(g_rec_mutex);    cout << "execute threadfun1" << endl; } void threadfun2() {    cout << "enter threadfun2" << endl;    lock_guard lock(g_rec_mutex);    threadfun1();    cout << "execute threadfun2" << endl; } int main() {    threadfun2(); //利用递归式互斥量来避免这个问题    return 0; } 运行结果: enter threadfun2 enter threadfun1 execute threadfun1 execute threadfun2 结论： 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	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。 示例： #include<iostream> #include<thread> #include<mutex> using namespace std; std::timed_mutex g_t_mtx; void fun() {   while (!g_t_mtx.try_lock_for(std::chrono::milliseconds(200))){     cout << "-";   }   this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));   cout << "*" << endl;   g_t_mtx.unlock(); } int main() {    std::thread threads[10];    for (int i = 0; i <</span> 10; i++){     threads[i] = std::thread(fun);    }    for (auto & th : threads){      th.join();   }   return 0; } 运行结果: ------------------------------------* ----------------------------------------* -----------------------------------* ------------------------------* -------------------------* --------------------* ---------------* ----------* -----* * 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。
std::lock_guard 与 std::unique_lock	上面介绍的方法对 mutex 的加解锁都是手动的，接下来介绍 std::lock_guard 与 std::unique_lock 对 mutex 进行自动加解锁。 例如： #include <iostream> #include <thread> #include <mutex> #include <atomic> using namespace std; mutex g_mtx1; atomic_int num1{ 0 }; void fun1() {    for (int i = 0; i < 10000000; i++){      unique_lock ulk(g_mtx1);      num1++;   } } mutex g_mtx2; atomic_int num2{ 0 }; void fun2() {    for (int i = 0; i < 10000000; i++){      lock_guard lckg(g_mtx2);      num2++;   } } int main() {   thread th1(fun1);   thread th2(fun1);   th1.join();   th2.join();   cout << "num1=" << num1 << endl;   thread th3(fun2);   thread th4(fun2);   th3.join();   th4.join();   cout << "num2=" << num2 << endl;   return 0; } 运行结果: num1=20000000 num2=20000000 接下来，分析一下这两者的区别： （1）unique_lock。 unique_lock ulk(g_mtx1); 线程没有 g_mtx1 的所有权，根据块语句的循环实现自动加解锁。 线程根据 g_mtx1 属性，来判断是否可以加锁、解锁。 （2）lock_guard。 lock_guard lckg(g_mtx2); 线程拥有 g_mtx2 的所有权，实现自动加解锁。 线程读取 g_mtx2 失败时，则一直等待，直到读取成功。 线程会把  g_mtx2 一直占有，直到当前线程完成才释放，其它线程才能访问。