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淺談C++11中的幾種鎖

更新時(shí)間：2022年01月25日 11:23:48 作者：fzzjoy

本文主要介紹了C++11中的幾種鎖，文中通過(guò)示例代碼介紹的非常詳細(xì)，具有一定的參考價(jià)值，感興趣的小伙伴們可以參考一下

互斥鎖（mutex）

可以避免多個(gè)線程在某一時(shí)刻同時(shí)操作一個(gè)共享資源，標(biāo)準(zhǔn)C++庫(kù)提供了std::unique_lock類模板，實(shí)現(xiàn)了互斥鎖的RAII慣用語(yǔ)法：
eg:

std::unique_lock<std::mutex> lk(mtx_sync_);

條件鎖（condition_variable）

條件鎖就是所謂的條件變量，某一個(gè)線程因?yàn)槟硞€(gè)條件未滿足時(shí)可以使用條件變量使該程序處于阻塞狀態(tài)。一旦條件滿足了，即可喚醒該線程(常和互斥鎖配合使用)，喚醒后，需要檢查變量，避免虛假喚醒。
eg:

線程1：

// wait ack
{
? ? std::unique_lock<std::mutex> lk(mtx_sync_);
? ? if (!cv_sync_.wait_for(lk, 1000ms, [this](){return sync_; })) // wait for 1s
? ? {
? ? ? ? // wait failed
? ? ? ? printf("wait for notify timeout [%d].\n", cnt);
? ? ? ? return false;
? ? }
? ? else
? ? {
? ? ? ? return true;
? ? }
}

線程2：

{
?? ?std::unique_lock<std::mutex> lk(mtx_sync_);
?? ?sync_ = true;
}
// 通知前解鎖，可以避免喚醒線程后由于互斥鎖的關(guān)系又進(jìn)入了阻塞階段
cv_sync_.notify_one();

自旋鎖（不推薦使用）

自旋鎖是一種基礎(chǔ)的同步原語(yǔ)，用于保障對(duì)共享數(shù)據(jù)的互斥訪問(wèn)。與互斥鎖的相比，在獲取鎖失敗的時(shí)候不會(huì)使得線程阻塞而是一直自旋嘗試獲取鎖。當(dāng)線程等待自旋鎖的時(shí)候，CPU不能做其他事情，而是一直處于輪詢忙等的狀態(tài)。自旋鎖主要適用于被持有時(shí)間短，線程不希望在重新調(diào)度上花過(guò)多時(shí)間的情況。實(shí)際上許多其他類型的鎖在底層使用了自旋鎖實(shí)現(xiàn)，例如多數(shù)互斥鎖在試圖獲取鎖的時(shí)候會(huì)先自旋一小段時(shí)間，然后才會(huì)休眠。如果在持鎖時(shí)間很長(zhǎng)的場(chǎng)景下使用自旋鎖，則會(huì)導(dǎo)致CPU在這個(gè)線程的時(shí)間片用盡之前一直消耗在無(wú)意義的忙等上，造成計(jì)算資源的浪費(fèi)。

// 用戶空間用 atomic_flag 實(shí)現(xiàn)自旋互斥
#include <thread>
#include <vector>
#include <iostream>
#include <atomic>
?
std::atomic_flag lock = ATOMIC_FLAG_INIT;
?
void f(int n)
{
? ? for (int cnt = 0; cnt < 100; ++cnt) {
? ? ? ? while (lock.test_and_set(std::memory_order_acquire)) ?// 獲得鎖
? ? ? ? ? ? ?; // 自旋
? ? ? ? std::cout << "Output from thread " << n << '\n';
? ? ? ? lock.clear(std::memory_order_release); ? ? ? ? ? ? ? // 釋放鎖
? ? }
}
?
int main()
{
? ? std::vector<std::thread> v;
? ? for (int n = 0; n < 10; ++n) {
? ? ? ? v.emplace_back(f, n);
? ? }
? ? for (auto& t : v) {
? ? ? ? t.join();
? ? }
}

遞歸鎖（recursive_mutex）

recursive_mutex 類是同步原語(yǔ)，能用于保護(hù)共享數(shù)據(jù)免受從個(gè)多線程同時(shí)訪問(wèn)。

recursive_mutex 提供排他性遞歸所有權(quán)語(yǔ)義：

調(diào)用方線程在從它成功調(diào)用 lock 或 try_lock 開(kāi)始的時(shí)期里占有 recursive_mutex 。此時(shí)期間，線程可以進(jìn)行對(duì) lock 或 try_lock 的附加調(diào)用。所有權(quán)的時(shí)期在線程調(diào)用 unlock 匹配次數(shù)時(shí)結(jié)束。
線程占有 recursive_mutex 時(shí)，若其他所有線程試圖要求 recursive_mutex 的所有權(quán)，則它們將阻塞（對(duì)于調(diào)用 lock ）或收到 false 返回值（對(duì)于調(diào)用 try_lock ）。
可鎖定 recursive_mutex 次數(shù)的最大值是未指定的，但抵達(dá)該數(shù)后，對(duì) lock 的調(diào)用將拋出 std::system_error 而對(duì) try_lock 的調(diào)用將返回 false 。
若 recursive_mutex 在仍為某線程占有時(shí)被銷毀，則程序行為未定義。 recursive_mutex 類滿足互斥 (Mutex) 和標(biāo)準(zhǔn)布局類型 (StandardLayoutType) 的所有要求。

到此這篇關(guān)于淺談C++11中的幾種鎖的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++11 鎖內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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