C++11互斥量的具體使用

更新時間：2023年11月27日 11:39:17 作者：鏟灰

互斥量是一種同步原語,是一種線程同步的手段,用來保護多線程同時訪問的共享數(shù)據(jù),本文主要介紹了C++11互斥量的具體使用,感興趣的可以了解一下

獨占互斥量std::mutex

這些互斥量的基本接口很相似，一般用法是通過lock()方法來阻塞線程，直到獲得互斥量的所有權為止。在線程獲得互斥量并完成任務之后，就必須使用unlock()來解除對互斥量的占用，lock()和unlock()必須成對出現(xiàn)。try_lock()嘗試鎖定互斥量，如果成功則返回true，如果失敗則返回false，它是阻塞的。std::mutex的基本用法如下代碼。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <chrono>
using namespace std;

std::mutex g_lock;

void func()
{
    g_lock.lock();

    cout << "enter thread: " << std::this_thread::get_id() << endl;

    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));

    cout << "leaving thread: " << std::this_thread::get_id() << endl;

    g_lock.unlock();
}

///g++ mutex.cpp -lpthread
int main()
{
    std::thread t1(func);
    std::thread t2(func);
    std::thread t3(func);

    t1.join();
    t2.join();
    t3.join();

    return 0;
}

輸出結果如下：

enter thread: 140569127851776
leaving thread: 140569127851776
enter thread: 140568859412224
leaving thread: 140568859412224
enter thread: 140568590972672
leaving thread: 140568590972672

使用lock_guard可以簡化lock/unlock的寫法，同時也更安全，因為lock_guard在構造函數(shù)時會自動鎖定互斥量，而在退出作用域后進行析構時就會自動解鎖，從而保證了互斥量的正確操作，避免忘記unlock操作，因此，應盡量用lock_guard。lock_guard用到了RAII技術，這種技術在類的構造函數(shù)中分配資源，在析構函數(shù)中釋放資源，保證資源在出了作用域之后就釋放，上面的例子使用lock_guard后更簡潔，代碼如下：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <chrono>
using namespace std;

std::mutex g_lock;

void func()
{
    std::lock_guard<std::mutex> locker(g_lock);///出了作用域之后自動解鎖

    cout << "enter thread: " << std::this_thread::get_id() << endl;

    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));

    cout << "leaving thread: " << std::this_thread::get_id() << endl;

}

///g++ mutex.cpp -lpthread
int main()
{
    std::thread t1(func);
    std::thread t2(func);
    std::thread t3(func);

    t1.join();
    t2.join();
    t3.join();

    return 0;
}

遞歸的獨占互斥量std::recursive_mutex

遞歸鎖允許同一個線程多次獲得該互斥鎖，可以用來解決同一個線程需要多次獲取互斥量死鎖的問題。在下面的代碼中，一個線程多次獲取同一個互斥量時會發(fā)生死鎖。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <chrono>
using namespace std;

struct Complex
{
public:
    Complex(){i = 20;}

    void mul(int x)
    {
        printf("%s %s %d\n", __FILE__, __func__, __LINE__);
        g_mutex.lock();
        ///std::lock_guard<std::mutex> locker(g_mutex);
        i *= x;
        printf("%s %s %d\n", __FILE__, __func__, __LINE__);
        g_mutex.unlock();
    }

    void div(int x)
    {
        printf("%s %s %d\n", __FILE__, __func__, __LINE__);
        g_mutex.lock();
        ///std::lock_guard<std::mutex> locker(g_mutex);
        i /= x;
        printf("%s %s %d\n", __FILE__, __func__, __LINE__);
        g_mutex.unlock();
    }

    void both(int x, int y)
    {
        ///std::lock_guard<std::mutex> locker(g_mutex);
        g_mutex.lock();
        printf("%s %s %d\n", __FILE__, __func__, __LINE__);
        mul(x);
        div(y);
        g_mutex.unlock();
        printf("%s %s %d\n", __FILE__, __func__, __LINE__);
    }

private:
    int i;
    std::mutex g_mutex;
};


///g++ mutex.cpp -lpthread
int main()
{
    Complex complex;
    complex.both(2, 4);

    return 0;
}

這個例子運行起來就會發(fā)生死鎖，因為在調用both時獲取了互斥量，之后再調用mul又要獲取相同的互斥量，但是這個互斥量已經被當前線程獲取了，無法釋放，這時就會發(fā)生死鎖。要解決這個死鎖的問題，一個簡單的辦法就是用遞歸鎖：std::recursive_mutex，它允許同一個線程多次獲得互斥量。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <chrono>
using namespace std;

struct Complex
{
public:
    Complex(){i = 20;}

    void mul(int x)
    {
        printf("%s %s %d\n", __FILE__, __func__, __LINE__);
        g_mutex.lock();
        ///std::lock_guard<std::recursive_mutex> locker(g_mutex);
        i *= x;
        printf("%s %s %d\n", __FILE__, __func__, __LINE__);
        g_mutex.unlock();
    }

    void div(int x)
    {
        printf("%s %s %d\n", __FILE__, __func__, __LINE__);
        g_mutex.lock();
        ///std::lock_guard<std::recursive_mutex> locker(g_mutex);
        i /= x;
        printf("%s %s %d\n", __FILE__, __func__, __LINE__);
        g_mutex.unlock();
    }

    void both(int x, int y)
    {
        ///std::lock_guard<std::recursive_mutex> locker(g_mutex);
        g_mutex.lock();
        printf("%s %s %d\n", __FILE__, __func__, __LINE__);
        mul(x);
        div(y);
        g_mutex.unlock();
        printf("%s %s %d\n", __FILE__, __func__, __LINE__);
    }

private:
    int i;
    std::recursive_mutex g_mutex;
};

void func()
{
    Complex complex;
    complex.both(2, 4);
}

///g++ mutex.cpp -lpthread
int main()
{
    thread t1(func);

    t1.join();

    return 0;
}

需要注意的是盡量不要使用遞歸鎖，主要原因如下：

1、需要用到遞歸鎖定的多線程互斥處理往往本身就是可以簡化的，允許遞歸互斥很容易放縱復雜邏輯的產生，從而導致一些多線程同步引起的問題。

2、遞歸鎖比起非遞歸鎖，效率會低一些。

帶超時的互斥量std::timed_mutex

std::timed_mutex是超時的獨占鎖，主要用在獲取鎖時增加超時等待功能，因為有時不知道獲取鎖需要多久，為了不至于一直在等待獲取互斥量，就設置一個等待超時時間，在超時后還可以做其他事情。

std::timed_mutex比std::mutex多了兩個超時獲取鎖的接口：try_lock_for和try_lock_until，這兩個接口是用來設置獲取互斥量的超時時間，使用時可以用while循環(huán)取不斷地獲取互斥量。std::timed_mutex的基本用法如下所示。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <chrono>
using namespace std;

std::timed_mutex g_mutex;

void work()
{
    std::chrono::milliseconds timeout(1000);

    while(true)
    {
        if (g_mutex.try_lock_for(timeout))
        {
            cout << std::this_thread::get_id() << ": do work with the mutex" << endl;

            std::chrono::milliseconds sleepDuration(5000);

            std::this_thread::sleep_for(sleepDuration);

            g_mutex.unlock();

            std::this_thread::sleep_for(sleepDuration);
        }
        else
        {
            cout << std::this_thread::get_id() << ": do work without the mutex" << endl;

            std::chrono::milliseconds sleepDuration(2000);

            std::this_thread::sleep_for(sleepDuration);
        }
    }
}


///g++ mutex.cpp -lpthread
int main()
{
    std::thread t1(work);

    std::thread t2(work);

    t1.join();

    t2.join();

    return 0;
}

在上面的例子中，通過一個while循環(huán)不斷地去獲取超時鎖，如果超時還沒有獲取到鎖就會休眠，再繼續(xù)獲取超時鎖。

到此這篇關于C++11互斥量的具體使用的文章就介紹到這了,更多相關C++11互斥量內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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