C++11并發指南之std::mutex詳解

本篇文章為大家展示了C++11并發指南之std::mutex詳解，內容簡明扼要并且容易理解，絕對能使你眼前一亮，通過這篇文章的詳細介紹希望你能有所收獲。

Mutex 又稱互斥量，C++ 11中與 Mutex 相關的類（包括鎖類型）和函數都聲明在 <mutex> 頭文件中，所以如果你需要使用 std::mutex，就必須包含 <mutex> 頭文件。

<mutex> 頭文件介紹Mutex 系列類(四種)

std::mutex，最基本的 Mutex 類。  std::recursive_mutex，遞歸 Mutex 類。  std::time_mutex，定時 Mutex 類。  std::recursive_timed_mutex，定時遞歸 Mutex 類。

Lock 類（兩種）

std::lock_guard，與 Mutex RAII 相關，方便線程對互斥量上鎖。  std::unique_lock，與 Mutex RAII 相關，方便線程對互斥量上鎖，但提供了更好的上鎖和解鎖控制。

其他類型

std::once_flag  std::adopt_lock_t  std::defer_lock_t  std::try_to_lock_t

函數

std::try_lock，嘗試同時對多個互斥量上鎖。  std::lock，可以同時對多個互斥量上鎖。  std::call_once，如果多個線程需要同時調用某個函數，call_once 可以保證多個線程對該函數只調用一次。

std::mutex 介紹

下面以 std::mutex 為例介紹 C++11 中的互斥量用法。

std::mutex 是C++11 中最基本的互斥量，std::mutex 對象提供了獨占所有權的特性——即不支持遞歸地對 std::mutex 對象上鎖，而 std::recursive_lock 則可以遞歸地對互斥量對象上鎖。

std::mutex 的成員函數

構造函數，std::mutex不允許拷貝構造，也不允許 move 拷貝，最初產生的 mutex 對象是處于 unlocked 狀態的。  lock()，調用線程將鎖住該互斥量。線程調用該函數會發生下面 3 種情況：(1). 如果該互斥量當前沒有被鎖住，則調用線程將該互斥量鎖住，直到調用 unlock之前，該線程一直擁有該鎖。(2). 如果當前互斥量被其他線程鎖住，則當前的調用線程被阻塞住。(3). 如果當前互斥量被當前調用線程鎖住，則會產生死鎖(deadlock)。  unlock()， 解鎖，釋放對互斥量的所有權。  try_lock()，嘗試鎖住互斥量，如果互斥量被其他線程占有，則當前線程也不會被阻塞。線程調用該函數也會出現下面 3 種情況，(1). 如果當前互斥量沒有被其他線程占有，則該線程鎖住互斥量，直到該線程調用 unlock 釋放互斥量。(2). 如果當前互斥量被其他線程鎖住，則當前調用線程返回 false，而并不會被阻塞掉。(3). 如果當前互斥量被當前調用線程鎖住，則會產生死鎖(deadlock)。

下面給出一個與 std::mutex 的小例子（參考）

#include <iostream>  // std::cout#include <thread>   // std::thread#include <mutex>   // std::mutexvolatile int counter(0); // non-atomic counterstd::mutex mtx;   // locks access to countervoid 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 介紹

std::recursive_mutex 與 std::mutex 一樣，也是一種可以被上鎖的對象，但是和 std::mutex 不同的是，std::recursive_mutex 允許同一個線程對互斥量多次上鎖（即遞歸上鎖），來獲得對互斥量對象的多層所有權，std::recursive_mutex 釋放互斥量時需要調用與該鎖層次深度相同次數的 unlock()，可理解為 lock() 次數和 unlock() 次數相同，除此之外，std::recursive_mutex 的特性和 std::mutex 大致相同。

std::time_mutex 介紹

std::time_mutex 比 std::mutex 多了兩個成員函數，try_lock_for()，try_lock_until()。

try_lock_for 函數接受一個時間范圍，表示在這一段時間范圍之內線程如果沒有獲得鎖則被阻塞住（與 std::mutex 的 try_lock() 不同，try_lock 如果被調用時沒有獲得鎖則直接返回 false），如果在此期間其他線程釋放了鎖，則該線程可以獲得對互斥量的鎖，如果超時（即在指定時間內還是沒有獲得鎖），則返回 false。

try_lock_until 函數則接受一個時間點作為參數，在指定時間點未到來之前線程如果沒有獲得鎖則被阻塞住，如果在此期間其他線程釋放了鎖，則該線程可以獲得對互斥量的鎖，如果超時（即在指定時間內還是沒有獲得鎖），則返回 false。

下面的小例子說明了 std::time_mutex 的用法（參考）。

#include <iostream>  // std::cout#include <chrono>   // std::chrono::milliseconds#include <thread>   // std::thread#include <mutex>   // std::timed_mutexstd::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 介紹

和 std:recursive_mutex 與 std::mutex 的關系一樣，std::recursive_timed_mutex 的特性也可以從 std::timed_mutex 推導出來，感興趣的同鞋可以自行查閱。

std::lock_guard 介紹

與 Mutex RAII 相關，方便線程對互斥量上鎖。例子（參考）:

#include <iostream>  // std::cout#include <thread>   // std::thread#include <mutex>   // std::mutex, std::lock_guard#include <stdexcept>  // std::logic_errorstd::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 介紹

與 Mutex RAII 相關，方便線程對互斥量上鎖，但提供了更好的上鎖和解鎖控制。例子（參考）：

#include <iostream>  // std::cout#include <thread>   // std::thread#include <mutex>   // std::mutex, std::unique_lockstd::mutex mtx;   // mutex for critical sectionvoid 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 th2 (print_block,50,'*'); std::thread th3 (print_block,50,'$'); th2.join(); th3.join(); return 0;}

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