南梁红色景区建设管理局网站,外协机械加工网,网站后台 设计,深圳宣传片制作文章目录 1. 为何要引入互斥包装器#xff1f;2. lock_guard3. unique_lock4. 两者之间的不同5. 总结 1. 为何要引入互斥包装器#xff1f;
在C多线程中会经常用到mutex#xff0c;在使用的时候lock后#xff0c;有时候会忘记使用unlock进行解锁造成死锁#xff0c;或者在… 文章目录 1. 为何要引入互斥包装器2. lock_guard3. unique_lock4. 两者之间的不同5. 总结 1. 为何要引入互斥包装器
在C多线程中会经常用到mutex在使用的时候lock后有时候会忘记使用unlock进行解锁造成死锁或者在lock和unlock之间代码异常跳出导致程序无法执行到unlock造成死锁因此在C11中引入互斥体包装器互斥体包装器为互斥提供了便利的RAII风格机制本质上就是在包装器的构造函数中加锁在析构函数中解锁将加锁和解锁操作与对象的生存期深度绑定防止使用mutex加锁lock后忘记解锁unlock或者两者之间出现异常退出等造成死锁。 RAII(Resource Acquisition Is Initialization, 资源获取即初始化) RAII是一种 C 编程技术 它将必须在使用前请求的资源分配的堆内存、执行线程、打开的套接字、打开的文件、锁定的互斥体、磁盘空间、数据库连接等——任何存在受限供给中的事物的生命周期与一个对象的生存期相绑定。RAII 保证资源能够用于任何会访问该对象的函数资源可用性是一种类不变式这会消除冗余的运行时测试。它也保证对象在自己生存期结束时会以获取顺序的逆序释放它控制的所有资源。 C11提供了lock_guard和unique_lock两种互斥包装器。
2. lock_guard
类 lock_guard 是互斥体包装器为在作用域块期间占有互斥提供便利RAII风格机制。其在头文件mutex中定义其函数原型如下
template class Mutex
class lock_guard;其构造函数如下
//等效地调用 m.lock()
explicit lock_guard( mutex_type m ); //C11 起//获得互斥 m 的所有权而不试图锁定它。若当前线程不在 m 上保有非共享锁
//即由 lock、 try_lock、 try_lock_for 或 try_lock_until
//取得的锁则行为未定义。
lock_guard( mutex_type m, std::adopt_lock_t t ); //C11 起//复制构造函数被删除
lock_guard( const lock_guard ) delete; //C11 起析构函数如下
//释放所占有互斥的所有权。
//等效地调用 m.unlock() ,
//其中 m 是传递个 lock_guard 的构造函数的互斥
~lock_guard(); //C11 起创建 lock_guard 对象时它试图接收给定互斥的所有权。控制离开创建 lock_guard 对象的作用域时销毁 lock_guard 并释放互斥。lock_guard 类不可复制。 注若 m 先于 lock_guard 对象被销毁则行为未定义。 示例
#include thread
#include mutex
#include iostreamint g_i 0;
std::mutex g_i_mutex; // 保护 g_ivoid safe_increment()
{std::lock_guardstd::mutex lock(g_i_mutex);g_i;std::cout std::this_thread::get_id() : g_i \n;// g_i_mutex 在锁离开作用域时自动释放
}int main()
{std::cout main: g_i \n;std::thread t1(safe_increment);std::thread t2(safe_increment);t1.join();t2.join();std::cout main: g_i \n;
}可能的输出
main: 0
140641306900224: 1
140641298507520: 2
main: 23. unique_lock
类unique_lock也是C11提供的一种通用互斥包装器它允许延迟锁定、锁定的有时限尝试、递归锁定、所有权转移和与条件变量一同使用。其也在头文件 mutex中定义其构造函数如下
//构造无关联互斥的 unique_lock
unique_lock() noexcept; //C11 起//移动构造函数。以 other 的内容初始化 unique_lock 。令 other 无关联互斥
unique_lock( unique_lock other ) noexcept; //C11 起// 构造以 m 为关联互斥的 unique_lock
// 通过调用 m.lock() 锁定关联互斥
explicit unique_lock( mutex_type m ); //C11 起// 构造以 m 为关联互斥的 unique_lock
// 不锁定关联互斥
unique_lock( mutex_type m, std::defer_lock_t t ) noexcept; //C11 起// 构造以 m 为关联互斥的 unique_lock
// 通过调用 m.try_lock() 尝试锁定关联互斥而不阻塞。
// 若 Mutex 不满足可锁定 (Lockable) 则行为未定义
unique_lock( mutex_type m, std::try_to_lock_t t ); //C11 起// 构造以 m 为关联互斥的 unique_lock
// 假定调用方线程已保有 m 上的非共享锁即由 lock、 try_lock、 try_lock_for
// 或 try_lock_until 取得的锁。若非如此则行为未定义
unique_lock( mutex_type m, std::adopt_lock_t t ); //C11 起// 构造以 m 为关联互斥的 unique_lock
// 通过调用 m.try_lock_for(timeout_duration) 尝试锁定关联互斥。
// 阻塞到经过指定的 timeout_duration 或获得锁这两个事件的先到来者为止
template class Rep, class Period
unique_lock( mutex_type m,const std::chrono::durationRep,Period timeout_duration ); //C11 起// 构造以 m 为关联互斥的 unique_lock
// 通过调用 m.try_lock_until(timeout_time) 尝试锁定关联互斥。
// 阻塞到抵达指定的 timeout_time 或获得锁这两个事件的先到来者为止
template class Clock, class Duration
unique_lock( mutex_type m,const std::chrono::time_pointClock,Duration timeout_time ); //C11 起类 unique_lock除了提供 lock_guard有的基础功能外还提供了锁定等相关的方法使得其更加灵活方便其提供的方法有
函数说明备注lock锁定关联互斥公开成员函数try_lock尝试锁定关联互斥若互斥不可用则返回公开成员函数try_lock_for试图锁定关联的定时可锁互斥若互斥在给定时长中不可用则返回公开成员函数try_lock_until尝试锁定关联可定时锁互斥若抵达指定时间点互斥仍不可用则返回公开成员函数unlock解锁关联互斥公开成员函数swap与另一std::unique_lock 交换状态公开成员函数release将关联互斥解关联而不解锁它公开成员函数mutex返回指向关联互斥的指针公开成员函数own_lock测试锁是否占有其关联互斥公开成员函数operator bool测试锁是否占有其关联互斥公开成员函数std::swapstd::swap对 unique_lock 的特化功能与其成员函数swap类似非成员函数
示例
#include mutex
#include thread
#include iostream
#include vector
#include chronoint main()
{int counter 0;std::mutex counter_mutex;std::vectorstd::thread threads;auto worker_task [](int id) {std::unique_lockstd::mutex lock(counter_mutex);counter;std::cout id , initial counter: counter \n;lock.unlock();// 我们模拟昂贵操作时不保有锁std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));lock.lock();counter;std::cout id , final counter: counter \n;};for (int i 0; i 10; i) threads.emplace_back(worker_task, i);for (auto thread : threads) thread.join();
}可能的输出
0, initial counter: 1
1, initial counter: 2
2, initial counter: 3
3, initial counter: 4
4, initial counter: 5
5, initial counter: 6
6, initial counter: 7
7, initial counter: 8
8, initial counter: 9
9, initial counter: 10
6, final counter: 11
3, final counter: 12
4, final counter: 13
2, final counter: 14
5, final counter: 15
0, final counter: 16
1, final counter: 17
7, final counter: 18
9, final counter: 19
8, final counter: 204. 两者之间的不同
lock_guard的使用方法非常简单通过构造函数上锁在销毁的时候解锁对于一些简单的场景使用也非常方便高效但对于一些作用域比较大的场景可能会影响效率例如如下场景
int g_i 0;
std::mutex g_i_mutex; // 保护 g_ivoid safe_increment()
{std::lock_guardstd::mutex lock(g_i_mutex);g_i;std::cout std::this_thread::get_id() : g_i \n;//流程1开始...//流程1结束// g_i_mutex 在锁离开作用域时自动释放
}如上例所述如果流程1的过程特别长而且不涉及g_i的操作如果使用lock_guard的话会导致g_i上锁时间特别长影响其他线程的对其所有权的获取影响整个代码的运行效率。因此针对这种应用场景我们应该使用unique_lock对g_i进行互斥锁管理我们可以在流程1的开始处进行手动解锁提前释放g_i的所有权提高程序的效率。
int g_i 0;
std::mutex g_i_mutex; // 保护 g_ivoid safe_increment()
{std::unique_lockstd::mutex lock(g_i_mutex);g_i;std::cout std::this_thread::get_id() : g_i \n;lock.unlock(); //提前释放g_i的所有权//流程处理1开始....//流程处理1结束// g_i_mutex 在锁离开作用域时检测到已经unlock了就不会再次调用unlock
}注对于上面的例子lock_guard也可以通过{ }来控制lock_guard对象的作用域进而将控锁的范围进一步缩小。 unique_lock除了提供可以手动解锁的方法外还额外提供了try_lock_for、try_lock_until等带时间的加锁方法以及其他的特殊方法我们可以根据不同的应用场景选择合适的方法。
5. 总结
unique_lock与lock_guard最大的区别在于unique_lock提供了手动解锁的方法增加了中途解锁的功能而不是像lock_guard必须等待对象析构时解锁增加了控锁数据的精细程度提高程序的效率。
同时unique_lock还提供了更多的公有方法供我们按需使用。但是方便肯定是有代价的unique_lock在增加这些新方法的同时方法内部也增加一些新的逻辑和资源占用例如unlock功能其内部需要维护一个锁的状态所以整体在效率上会比lock_guard差一点。因此对于普通的简单场景lock_guard也是不错的选择。 文章首发公众号iDoitnow如果喜欢话可以关注一下
