C++之锁
背景
在C++多线程编程中,锁是一种常用的同步原语,用于保护共享数据的访问。C++标准库提供了多种锁类型,适用于不同的使用场景。在这篇博客中,我们将介绍C++中的各种锁类型,比较它们的特点,并探讨不同锁在实际应用中的使用场景。
std::mutex
std::mutex是C++标准库中最基本的互斥锁类型,它提供了基本的锁定和解锁操作。std::mutex适用于保护简单的共享数据,如整数、指针等。
#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
std::mutex mtx;
int shared_data = 0;
void increment() {
mtx.lock();
++shared_data;
mtx.unlock();
}
int main() {
std::thread t1(increment);
std::thread t2(increment);
t1.join();
t2.join();
std::cout << "Shared data: " << shared_data << std::endl;
return 0;
}
std::recursive_mutex
std::recursive_mutex是一种递归互斥锁,它允许同一个线程多次锁定同一个互斥锁。这种锁适用于需要在递归函数中保护共享数据的场景。
#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
std::recursive_mutex rmtx;
int shared_data = 0;
void recursive_increment(int depth) {
if (depth <= 0) return;
rmtx.lock();
++shared_data;
recursive_increment(depth - 1);
rmtx.unlock();
}
int main() {
std::thread t1(recursive_increment, 3);
std::thread t2(recursive_increment, 3);
t1.join();
t2.join();
std::cout << "Shared data: " << shared_data << std::endl;
return 0;
}
std::timed_mutex
std::timed_mutex是一种带超时的互斥锁,它提供了尝试加锁一定时间的功能。这种锁适用于需要在超时后执行其他操作的场景。
#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <chrono>
std::timed_mutex tmtx;
int shared_data = 0;
void timed_increment() {
if (tmtx.try_lock_for(std::chrono::seconds(1))) {
++shared_data;
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
tmtx.unlock();
} else {
std::cout << "Timeout, could not lock mutex." << std::endl;
}
}
int main() {
std::thread t1(timed_increment);
std::thread t2(timed_increment);
t1.join();
t2.join();
std::cout << "Shared data: " << shared_data << std::endl;
return 0;
}
std::shared_mutex / std::shared_timed_mutex
std::shared_mutex和std::shared_timed_mutex是一种读写锁,它们允许多个线程同时读取共享数据,但在写入数据时只允许一个线程访问。这种锁适用于读操作远多于写操作的场景。
#include <iostream>
#include <thread>
#include <shared_mutex>
#include <vector>
std::shared_mutex smtx;
int shared_data = 0;
void read_data() {
std::shared_lock<std::shared_mutex> lock(smtx);
std::cout << "Read data: " << shared_data << std::endl;
}
void write_data(int value) {
std::unique_lock<std::shared_mutex> lock(smtx);
shared_data = value;
std::cout << "Write data: " << shared_data << std::endl;
}
int main() {
std::vector<std::thread> readers;
for (int i = 0; i < 5; ++i) {
readers.push_back(std::thread(read_data));
}
std::thread writer(write_data, 42);
for (auto& t : readers) {
t.join();
}
writer.join();
return 0;
}
各种锁的比较与使用场景
std::mutex
:基本的互斥锁,适用于简单共享数据的保护。std::recursive_mutex
:递归互斥锁,适用于需要在递归函数中保护共享数据的场景。std::timed_mutex
:带超时的互斥锁,适用于需要在超时后执行其他操作的场景。std::shared_mutex
/std::shared_timed_mutex
:读写锁,适用于读操作远多于写操作的场景。
最后
总结一下,在这篇博客中,我们介绍了C++中的各种锁类型,比较了它们的特点,并探讨了不同锁在实际应用中的使用场景。通过合理地选择和使用锁,我们可以有效地保护共享数据,确保多线程程序的正确性和稳定性。在进行多线程编程时,我们需要了解各种锁的特点和适用场景,以便在不同场合选择合适的锁来保护共享数据。
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