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:
- #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:
- #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:
- #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:
- #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;
- }
(faihung) |