本小节介绍 std::mutex 的用法。
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。
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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。
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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)。
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unlock(), 解锁,释放对互斥量的所有权。
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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,
- 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。
- 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。
- 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
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。
#include <iostream> // std::cout
#include <thread> // std::thread
#include <mutex> // std::mutex
class counter
{
public:
counter() : count(0) { }
int add(int val) {
std::recursive_mutex::scoped_lock scoped_lock(mutex);
count += val;
return count;
}
int increment() {
std::recursive_mutex::scoped_lock scoped_lock(mutex);
return add(1);
}
private:
boost::recursive_mutex mutex;
int count;
};
counter c;
void change_count(void*)
{
std::cout << "count == " << c.increment() << std::endl;
}
int main(int, char*[])
{
std::thread threads[10];
// spawn 10 threads:
for (int i=0; i<10; ++i)
threads[i] = std::thread(change_count, 0);
for (auto& th : threads) th.join();
return 0;
}
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;
}
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。;-)
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;
}
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;
}