C++11中的mutex, lock，condition variable实现分析

本文分析的是llvm libc++的实现：http://libcxx.llvm.org/

C++11中的各种mutex, lock对象，实际上都是对posix的mutex，condition的封装。不过里面也有很多细节值得学习。

std::mutex

先来看下std::mutex：

包增了一个pthread_mutex_t __m_，很简单，每个函数该干嘛就干嘛。

 

[cpp] view plain copy
 
  1. class mutex  
  2. {  
  3.     pthread_mutex_t __m_;  
  4.   
  5. public:  
  6.      mutex() _NOEXCEPT {__m_ = (pthread_mutex_t)<strong>PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER</strong>;}  
  7.      ~mutex();  
  8. private:  
  9.     mutex(const mutex&);// = delete;  
  10.     mutex& operator=(const mutex&);// = delete;  
  11. public:  
  12.     void lock();  
  13.     bool try_lock() _NOEXCEPT;  
  14.     void unlock() _NOEXCEPT;  
  15.   
  16.     typedef pthread_mutex_t* native_handle_type;  
  17.     _LIBCPP_INLINE_VISIBILITY native_handle_type native_handle() {return &__m_;}  
  18. };  
  19.   
  20. mutex::~mutex()  
  21. {  
  22.     pthread_mutex_destroy(&__m_);  
  23. }  
  24.   
  25. void mutex::lock()  
  26. {  
  27.     int ec = pthread_mutex_lock(&__m_);  
  28.     if (ec)  
  29.         __throw_system_error(ec, "mutex lock failed");  
  30. }  
  31.   
  32. bool mutex::try_lock() _NOEXCEPT  
  33. {  
  34.     return pthread_mutex_trylock(&__m_) == 0;  
  35. }  
  36.   
  37. void mutex::unlock() _NOEXCEPT  
  38. {  
  39.     int ec = pthread_mutex_unlock(&__m_);  
  40.     (void)ec;  
  41.     assert(ec == 0);  
  42. }  

 

三种锁状态：std::defer_lock, std::try_to_lock, std::adopt_lock

这三个是用于标识锁在传递到一些包装类时，锁的状态：
std::defer_lock，还没有获取到锁
std::try_to_lock，在包装类构造时，尝试去获取锁
std::adopt_lock，调用者已经获得了锁
这三个东东，实际上是用于偏特化的，是三个空的struct：
[cpp] view plain copy
 
  1. struct  defer_lock_t {};  
  2. struct  try_to_lock_t {};  
  3. struct  adopt_lock_t {};  
  4. constexpr defer_lock_t  defer_lock  = defer_lock_t();  
  5. constexpr try_to_lock_t try_to_lock = try_to_lock_t();  
  6. constexpr adopt_lock_t  adopt_lock  = adopt_lock_t();  
在下面的代码里，就可以看到这三个东东是怎么用的了。

std::lock_guard

 

这个类比较重要，因为我们真正使用lock的时候，大部分都是要用这个。

这个类其实很简单：

在构造函数里调用 mutext.lock()，
在释构函数里，调用了mutex.unlock() 函数。

因为C++会在函数抛出异常时，自动调用作用域内的变量的析构函数，所以使用std::lock_guard可以在异常时自动释放锁，这就是为什么要避免直接使用mutex的函数，而是要用std::lock_guard的原因了。

 

[cpp] view plain copy
 
  1. template <class _Mutex>  
  2. class lock_guard  
  3. {  
  4. public:  
  5.     typedef _Mutex mutex_type;  
  6. private:  
  7.     mutex_type& __m_;  
  8. public:  
  9.     explicit lock_guard(mutex_type& __m)  
  10.         : __m_(__m) {__m_.lock();}  
  11.     lock_guard(mutex_type& __m, adopt_lock_t)  
  12.         : __m_(__m) {}  
  13.     ~lock_guard() {__m_.unlock();}  
  14. private:  
  15.     lock_guard(lock_guard const&);// = delete;  
  16.     lock_guard& operator=(lock_guard const&);// = delete;  
  17. };  

注意，std::lock_guard的两个构造函数，当只传递mutex时，会在构造函数时调用mutext.lock()来获得锁。

 

当传递了adopt_lock_t时，说明调用者已经拿到了锁，所以不再尝试去获得锁。

std::unique_lock

unique_lock实际上也是一个包装类，起名为unique可能是和std::lock函数区分用的。
注意，多了一个owns_lock函数和release()函数，这两个在std::lock函数会用到。

owns_lock函数用于判断是否拥有锁；

release()函数则放弃了对锁的关联，当析构时，不会去unlock锁。
再看下unique_lock的实现，可以发现，上面的三种类型就是用来做偏特化用的：

 

[cpp] view plain copy
 
  1. template <class _Mutex>  
  2. class unique_lock  
  3. {  
  4. public:  
  5.     typedef _Mutex mutex_type;  
  6. private:  
  7.     mutex_type* __m_;  
  8.     bool __owns_;  
  9.   
  10. public:  
  11.     unique_lock() _NOEXCEPT : __m_(nullptr), __owns_(false) {}  
  12.     explicit unique_lock(mutex_type& __m)  
  13.         : __m_(&__m), __owns_(true) {__m_->lock();}  
  14.     unique_lock(mutex_type& __m, defer_lock_t) _NOEXCEPT  
  15.         : __m_(&__m), __owns_(false) {}  
  16.     unique_lock(mutex_type& __m, try_to_lock_t)    //偏特化  
  17.         : __m_(&__m), __owns_(__m.try_lock()) {}  
  18.     unique_lock(mutex_type& __m, adopt_lock_t)     //偏特化  
  19.         : __m_(&__m), __owns_(true) {}  
  20.     template <class _Clock, class _Duration>  
  21.         unique_lock(mutex_type& __m, const chrono::time_point<_Clock, _Duration>& __t)  
  22.             : __m_(&__m), __owns_(__m.try_lock_until(__t)) {}  
  23.     template <class _Rep, class _Period>  
  24.         unique_lock(mutex_type& __m, const chrono::duration<_Rep, _Period>& __d)  
  25.             : __m_(&__m), __owns_(__m.try_lock_for(__d)) {}  
  26.     ~unique_lock()  
  27.     {  
  28.         if (__owns_)  
  29.             __m_->unlock();  
  30.     }  
  31.   
  32. private:  
  33.     unique_lock(unique_lock const&); // = delete;  
  34.     unique_lock& operator=(unique_lock const&); // = delete;  
  35.   
  36. public:  
  37.     unique_lock(unique_lock&& __u) _NOEXCEPT  
  38.         : __m_(__u.__m_), __owns_(__u.__owns_)  
  39.         {__u.__m_ = nullptr; __u.__owns_ = false;}  
  40.     unique_lock& operator=(unique_lock&& __u) _NOEXCEPT  
  41.         {  
  42.             if (__owns_)  
  43.                 __m_->unlock();  
  44.             __m_ = __u.__m_;  
  45.             __owns_ = __u.__owns_;  
  46.             __u.__m_ = nullptr;  
  47.             __u.__owns_ = false;  
  48.             return *this;  
  49.         }  
  50.   
  51.     void lock();  
  52.     bool try_lock();  
  53.   
  54.     template <class _Rep, class _Period>  
  55.     bool try_lock_for(const chrono::duration<_Rep, _Period>& __d);  
  56.     template <class _Clock, class _Duration>  
  57.     bool try_lock_until(const chrono::time_point<_Clock, _Duration>& __t);  
  58.   
  59.     void unlock();  
  60.     void swap(unique_lock& __u) _NOEXCEPT  
  61.     {  
  62.         _VSTD::swap(__m_, __u.__m_);  
  63.         _VSTD::swap(__owns_, __u.__owns_);  
  64.     }  
  65.     mutex_type* release() _NOEXCEPT  
  66.     {  
  67.         mutex_type* __m = __m_;  
  68.         __m_ = nullptr;  
  69.         __owns_ = false;  
  70.         return __m;  
  71.     }  
  72.     bool owns_lock() const _NOEXCEPT {return __owns_;}  
  73.     operator bool () const _NOEXCEPT {return __owns_;}  
  74.     mutex_type* mutex() const _NOEXCEPT {return __m_;}  
  75. };  

 

std::lock和std::try_lock函数

上面的都是类对象，这两个是函数。

 

std::lock和std::try_lock函数用于在同时使用多个锁时，防止死锁。这个实际上很重要的，因为手写代码来处理多个锁的同步问题，很容易出错。

要注意的是std::try_lock函数的返回值：

当成功时，返回-1；

当失败时，返回第几个锁没有获取成功，以0开始计数；

首先来看下只有两个锁的情况，代码虽然看起来比较简单，但里面却有大文章：

 

[cpp] view plain copy
 
  1. template <class _L0, class _L1>  
  2. void  
  3. lock(_L0& __l0, _L1& __l1)  
  4. {  
  5.     while (true)  
  6.     {  
  7.         {  
  8.             unique_lock<_L0> __u0(__l0);  
  9.             if (__l1.try_lock())  //已获得锁l0，再尝试获取l1  
  10.             {  
  11.                 __u0.release();   //l0和l1都已获取到，因为unique_lock在释构时会释放l0，所以要调用release()函数，不让它释放l0锁。  
  12.                 break;  
  13.             }  
  14.         }//如果同时获取l0,l1失败，这里会释放l0。  
  15.         sched_yield();  //把线程放到同一优先级的调度队列的尾部，CPU切换到其它线程执行  
  16.         {  
  17.             unique_lock<_L1> __u1(__l1); //因为上面尝试先获取l1失败，说明有别的线程在持有l1，那么这次先尝试获取锁l1（只有前面的线程释放了，才可能获取到）  
  18.             if (__l0.try_lock())  
  19.             {  
  20.                 __u1.release();  
  21.                 break;  
  22.             }  
  23.         }  
  24.         sched_yield();  
  25.     }  
  26. }  
  27. template <class _L0, class _L1>  
  28. int  
  29. try_lock(_L0& __l0, _L1& __l1)  
  30. {  
  31.     unique_lock<_L0> __u0(__l0, try_to_lock);  
  32.     if (__u0.owns_lock())  
  33.     {  
  34.         if (__l1.try_lock()) //注意try_lock返回值的定义，否则这里无法理解  
  35.         {  
  36.             __u0.release();  
  37.             return -1;  
  38.         }  
  39.         else  
  40.             return 1;  
  41.     }  
  42.     return 0;  
  43. }  

 

上面的lock函数用尝试的办法防止了死锁。

上面是两个锁的情况，那么在多个参数的情况下呢？

先来看下std::try_lock函数的实现：

里面递归地调用了try_lock函数自身，如果全部锁都获取成功，则依次把所有的unique_lock都release掉。

如果有失败，则计数失败的次数，最终返回。

 

[cpp] view plain copy
 
  1. template <class _L0, class _L1, class _L2, class... _L3>  
  2. int  
  3. try_lock(_L0& __l0, _L1& __l1, _L2& __l2, _L3&... __l3)  
  4. {  
  5.     int __r = 0;  
  6.     unique_lock<_L0> __u0(__l0, try_to_lock);  
  7.     if (__u0.owns_lock())  
  8.     {  
  9.         __r = try_lock(__l1, __l2, __l3...);  
  10.         if (__r == -1)  
  11.             __u0.release();  
  12.         else  
  13.             ++__r;  
  14.     }  
  15.     return __r;  
  16. }  

再来看多参数的std::lock的实现：

 

 

[cpp] view plain copy
 
  1. template <class _L0, class _L1, class _L2, class ..._L3>  
  2. void  
  3. __lock_first(int __i, _L0& __l0, _L1& __l1, _L2& __l2, _L3& ...__l3)  
  4. {  
  5.     while (true)  
  6.     {  
  7.         switch (__i)  //__i用来标记上一次获取参数里的第几个锁失败，从0开始计数  
  8.         {  
  9.         case 0:   //第一次执行时，__i是0  
  10.             {  
  11.                 unique_lock<_L0> __u0(__l0);  
  12.                 __i = try_lock(__l1, __l2, __l3...);  
  13.                 if (__i == -1)  //获取到l0之后，如果尝试获取后面的锁也成功了，即全部锁都获取到了，则设置unique_lock为release，并返回  
  14.                 {  
  15.                     __u0.release();  
  16.                     return;  
  17.                 }  
  18.             }  
  19.             ++__i;  //因为__i表示是获取第几个锁失败，而上面的try_lock(__l1,__l2__l3,...)是从l1开始的，因此这里要+1，调整到没有获取成功的锁上，下次先从它开始获取。  
  20.             sched_yield();  
  21.             break;  
  22.         case 1:   //说明上次获取l1失败，这次先获取到l1。  
  23.             {  
  24.                 unique_lock<_L1> __u1(__l1);      
  25.                 __i = try_lock(__l2, __l3..., __l0);   //把前一次的l0放到最后。这次先获取到了l1，再尝试获取后面的锁。  
  26.                 if (__i == -1)  
  27.                 {  
  28.                     __u1.release();  
  29.                     return;  
  30.                 }  
  31.             }  
  32.             if (__i == sizeof...(_L3) + 1)   //说明把l0放到最后面时，最后获取l0时失败了。那么说明现在有其它线程持有l0，那么下一次要从l0开始获取。  
  33.                 __i = 0;  
  34.             else  
  35.                 __i += 2; //因为__i表示是获取第几个锁失败，而上面的try_lock(__l2,__l3..., __l0)是从l2开始的，因此这里要+2  
  36.             sched_yield();  
  37.             break;  
  38.         default:  
  39.             __lock_first(__i - 2, __l2, __l3..., __l0, __l1);    //因为这里是从l2开始的，因此__i要减2。  
  40.             return;  
  41.         }  
  42.     }  
  43. }  
  44.   
  45. template <class _L0, class _L1, class _L2, class ..._L3>  
  46. inline _LIBCPP_INLINE_VISIBILITY  
  47. void  
  48. lock(_L0& __l0, _L1& __l1, _L2& __l2, _L3& ...__l3)  
  49. {  
  50.     __lock_first(0, __l0, __l1, __l2, __l3...);  
  51. }  

 

可以看到多参数的std::lock的实现是：

先获取一个锁，然后再调用std::try_lock去获取剩下的锁，如果失败了，则下次先获取上次失败的锁。

重复上面的过程，直到成功获取到所有的锁。

上面的算法用比较巧妙的方式实现了参数的轮转。

std::timed_mutex

std::timed_mutex   是里面封装了mutex和condition，这样就两个函数可以用：
try_lock_for
try_lock_until 

实际上是posix的mutex和condition的包装。

 

[cpp] view plain copy
 
  1. class timed_mutex  
  2. {  
  3.     mutex              __m_;  
  4.     condition_variable __cv_;  
  5.     bool               __locked_;  
  6. public:  
  7.      timed_mutex();  
  8.      ~timed_mutex();  
  9. private:  
  10.     timed_mutex(const timed_mutex&); // = delete;  
  11.     timed_mutex& operator=(const timed_mutex&); // = delete;  
  12. public:  
  13.     void lock();  
  14.     bool try_lock() _NOEXCEPT;  
  15.     template <class _Rep, class _Period>  
  16.         _LIBCPP_INLINE_VISIBILITY  
  17.         bool try_lock_for(const chrono::duration<_Rep, _Period>& __d)  
  18.             {return try_lock_until(chrono::steady_clock::now() + __d);}  
  19.     template <class _Clock, class _Duration>  
  20.         bool try_lock_until(const chrono::time_point<_Clock, _Duration>& __t);  
  21.     void unlock() _NOEXCEPT;  
  22. };  
  23.   
  24. template <class _Clock, class _Duration>  
  25. bool  
  26. timed_mutex::try_lock_until(const chrono::time_point<_Clock, _Duration>& __t)  
  27. {  
  28.     using namespace chrono;  
  29.     unique_lock<mutex> __lk(__m_);  
  30.     bool no_timeout = _Clock::now() < __t;  
  31.     while (no_timeout && __locked_)  
  32.         no_timeout = __cv_.wait_until(__lk, __t) == cv_status::no_timeout;  
  33.     if (!__locked_)  
  34.     {  
  35.         __locked_ = true;  
  36.         return true;  
  37.     }  
  38.     return false;  
  39. }  

 

std::recursive_mutex和std::recursive_timed_mutex

 

这两个实际上是std::mutex和std::timed_mutex 的recursive模式的实现，即锁得获得者可以重复多次调用lock()函数。

和posix mutex里的recursive mutex是一样的。

看下std::recursive_mutex的构造函数就知道了。

 

[cpp] view plain copy
 
  1. recursive_mutex::recursive_mutex()  
  2. {  
  3.     pthread_mutexattr_t attr;  
  4.     int ec = pthread_mutexattr_init(&attr);  
  5.     if (ec)  
  6.         goto fail;  
  7.     ec = pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);  
  8.     if (ec)  
  9.     {  
  10.         pthread_mutexattr_destroy(&attr);  
  11.         goto fail;  
  12.     }  
  13.     ec = pthread_mutex_init(&__m_, &attr);  
  14.     if (ec)  
  15.     {  
  16.         pthread_mutexattr_destroy(&attr);  
  17.         goto fail;  
  18.     }  
  19.     ec = pthread_mutexattr_destroy(&attr);  
  20.     if (ec)  
  21.     {  
  22.         pthread_mutex_destroy(&__m_);  
  23.         goto fail;  
  24.     }  
  25.     return;  
  26. fail:  
  27.     __throw_system_error(ec, "recursive_mutex constructor failed");  
  28. }  

 

std::cv_status

这个用来表示condition等待返回的状态的，和上面的三个表示lock的状态的用途差不多。

 

[cpp] view plain copy
 
  1. enum cv_status  
  2. {  
  3.     no_timeout,  
  4.     timeout  
  5. };  

 

std::condition_variable

 

包装了posix condition variable。

 

[cpp] view plain copy
 
  1. class condition_variable  
  2. {  
  3.     pthread_cond_t __cv_;  
  4. public:  
  5.     condition_variable() {__cv_ = (pthread_cond_t)PTHREAD_COND_INITIALIZER;}  
  6.     ~condition_variable();  
  7. private:  
  8.     condition_variable(const condition_variable&); // = delete;  
  9.     condition_variable& operator=(const condition_variable&); // = delete;  
  10. public:  
  11.     void notify_one() _NOEXCEPT;  
  12.     void notify_all() _NOEXCEPT;  
  13.   
  14.     void wait(unique_lock<mutex>& __lk) _NOEXCEPT;  
  15.     template <class _Predicate>  
  16.         void wait(unique_lock<mutex>& __lk, _Predicate __pred);  
  17.   
  18.     template <class _Clock, class _Duration>  
  19.         cv_status  
  20.         wait_until(unique_lock<mutex>& __lk,  
  21.                    const chrono::time_point<_Clock, _Duration>& __t);  
  22.   
  23.     template <class _Clock, class _Duration, class _Predicate>  
  24.         bool  
  25.         wait_until(unique_lock<mutex>& __lk,  
  26.                    const chrono::time_point<_Clock, _Duration>& __t,  
  27.                    _Predicate __pred);  
  28.   
  29.     template <class _Rep, class _Period>  
  30.         cv_status  
  31.         wait_for(unique_lock<mutex>& __lk,  
  32.                  const chrono::duration<_Rep, _Period>& __d);  
  33.   
  34.     template <class _Rep, class _Period, class _Predicate>  
  35.         bool  
  36.         wait_for(unique_lock<mutex>& __lk,  
  37.                  const chrono::duration<_Rep, _Period>& __d,  
  38.                  _Predicate __pred);  
  39.   
  40.     typedef pthread_cond_t* native_handle_type;  
  41.     _LIBCPP_INLINE_VISIBILITY native_handle_type native_handle() {return &__cv_;}  
  42.   
  43. private:  
  44.     void __do_timed_wait(unique_lock<mutex>& __lk,  
  45.        chrono::time_point<chrono::system_clock, chrono::nanoseconds>) _NOEXCEPT;  
  46. };  


里面的函数都是符合直觉的实现，值得注意的是：

 

cv_status是通过判断时间而确定的，如果超时的则返回cv_status::timeout，如果没有超时，则返回cv_status::no_timeout。

condition_variable::wait_until函数可以传入一个predicate，即一个用户自定义的判断是否符合条件的函数。这个也是很常见的模板编程的方法了。

 

[cpp] view plain copy
 
  1. template <class _Clock, class _Duration>  
  2. cv_status  
  3. condition_variable::wait_until(unique_lock<mutex>& __lk,  
  4.                                const chrono::time_point<_Clock, _Duration>& __t)  
  5. {  
  6.     using namespace chrono;  
  7.     wait_for(__lk, __t - _Clock::now());  
  8.     return _Clock::now() < __t ? cv_status::no_timeout : cv_status::timeout;  
  9. }  
  10.   
  11. template <class _Clock, class _Duration, class _Predicate>  
  12. bool  
  13. condition_variable::wait_until(unique_lock<mutex>& __lk,  
  14.                    const chrono::time_point<_Clock, _Duration>& __t,  
  15.                    _Predicate __pred)  
  16. {  
  17.     while (!__pred())  
  18.     {  
  19.         if (wait_until(__lk, __t) == cv_status::timeout)  
  20.             return __pred();  
  21.     }  
  22.     return true;  
  23. }  

 

 

std::condition_variable_any

 

std::condition_variable_any的接口和std::condition_variable一样，不同的是std::condition_variable只能使用std::unique_lock<std::mutex>，而std::condition_variable_any可以使用任何的锁对象。

下面来看下为什么std::condition_variable_any可以使用任意的锁对象。

 

[cpp] view plain copy
 
  1. class _LIBCPP_TYPE_VIS condition_variable_any  
  2. {  
  3.     condition_variable __cv_;  
  4.     shared_ptr<mutex>  __mut_;  
  5. public:  
  6.     condition_variable_any();  
  7.   
  8.     void notify_one() _NOEXCEPT;  
  9.     void notify_all() _NOEXCEPT;  
  10.   
  11.     template <class _Lock>  
  12.         void wait(_Lock& __lock);  
  13.     template <class _Lock, class _Predicate>  
  14.         void wait(_Lock& __lock, _Predicate __pred);  
  15.   
  16.     template <class _Lock, class _Clock, class _Duration>  
  17.         cv_status  
  18.         wait_until(_Lock& __lock,  
  19.                    const chrono::time_point<_Clock, _Duration>& __t);  
  20.   
  21.     template <class _Lock, class _Clock, class _Duration, class _Predicate>  
  22.         bool  
  23.         wait_until(_Lock& __lock,  
  24.                    const chrono::time_point<_Clock, _Duration>& __t,  
  25.                    _Predicate __pred);  
  26.   
  27.     template <class _Lock, class _Rep, class _Period>  
  28.         cv_status  
  29.         wait_for(_Lock& __lock,  
  30.                  const chrono::duration<_Rep, _Period>& __d);  
  31.   
  32.     template <class _Lock, class _Rep, class _Period, class _Predicate>  
  33.         bool  
  34.         wait_for(_Lock& __lock,  
  35.                  const chrono::duration<_Rep, _Period>& __d,  
  36.                  _Predicate __pred);  
  37. };  

可以看到，在std::condition_variable_any里，用shared_ptr<mutex>  __mut_来包装了mutex。所以一切都明白了，回顾std::unique_lock<std::mutex>，它包装了mutex，当析构时自动释放mutex。在std::condition_variable_any里，这份工作让shared_ptr<mutex>来做了。

 

因此，也可以很轻松得出std::condition_variable_any会比std::condition_variable稍慢的结论了。

其它的东东：

sched_yield()函数的man手册：
sched_yield() causes the calling thread to relinquish the CPU.  The thread is moved to the end of the queue for its
       static priority and a new thread gets to run.  

 

在C++14里还有std::shared_lock和std::shared_timed_mutex，但是libc++里还没有对应的实现，因此不做分析。

总结

llvm libc++中的各种mutex, lock, condition variable实际上是封闭了posix里的对应实现。封装的技巧和一些细节值得细细推敲学习。

看完了实现源码之后，对于如何使用就更加清晰了。

参考：

http://en.cppreference.com/w/cpp

http://libcxx.llvm.org/

 

 

互斥锁有可重入、不可重入之分。C++标准库中用mutex表示不可重入的互斥锁,用recursive_mutex表示可重入的互斥锁。为这两个类增加根据时间来阻塞线程的能力，就又有了两个新的互斥锁：timed_mutex(不可重入的锁)、recursive_timed_mutex(可重入的锁)。

互斥锁单独使用时主要是为了使对共享资源的互斥使用，即同时只能有一个线程使用，以防止同时使用可能造成的数据问题。

C++标准库的所有mutex都是不可拷贝的，也不可移动。

mutex基本操作

上锁 lock 如果mutex未上锁，则将其上锁。否则如果已经其它线程lock，则阻塞当前线程。

上锁 try_lock 如果mutex未上锁，则将其上锁。否则返回false，并不阻塞当前线程。

解锁 unlock  如果mutex被当前线程锁住，则将其解锁。否则，是未定义的行为。

timed_mutex在mutex的基础上增加了以下两个操作

try_lock_for(duration) 如果timed_mutex未上锁，则将其上锁，否则阻塞当前线程，但最长只阻塞duration表示的时间段。

try_lock_until(time_point) 如果timed_mutex未上锁，则将其上锁，否则阻塞当前线程，但最长只会阻塞到time_point表示的时间点就不再阻塞。

try_lock_for/until可以检测到死锁的出现，这是目前想到的一种用途。

if(!try_lock_for(chrono::hours(1)))
{
  throw "出现死锁!";  
}

可重入的锁 recursive_mutex、recursive_timed_mutex与对应的mutex、timed_mutex操作一致。不同点在于，不可重入的锁在lock或try_lock一个已经被当前线程lock的锁时会导致死锁，而可重入的锁不会。

 

辅助类

template<class Mutex> class lock_guard;

lock_guard用于脱离lock_guard对象生存期后自动对互斥锁进行解锁操作。

explicit lock_guard(mutex_type &m);对象创建时执行 m.lock(),对象销毁时执行 m.unlock()

explicit lock_guard(mutex_type &m,adpot_lock_t tag);对象创建不执行lock,对象销毁时执行 m.unlock()。所以m应该是一个已经被当前线程lock的互斥锁。

template<class Mutex> class unique_lock;

unique_lock()noexcept;不管理任何锁。

explicit unique_lock(mutex_type &m);对象创建时执行 m.lock()。

unique_lock(mutex_type &m,try_to_lock_t tag);对象创建时执行 m.try_lock()。

unique_lock(mutex_type &m,defer_lock_t tag);对象创建时不进行上锁操作，m要满足没有被当前线程锁住的条件。

unique_lock(mutex_type &m,adopt_lock_t tag);对象创建时不进行上锁操作，m要满足已经被当前线程锁住的条件。

unique_lock(mutex_type &m,const duration & real_time);对象创建时执行 m.try_lock_for(real_time)。

unique_lock(mutex_type &m,const time_point & abs_time);对象创建时执行 m.try_lock_until(abs_time)。 

unique_lock(unique_lock &&);移动构造

操作：unique_lock具备它所管理的锁的所有操作 lock、unlock、try_lock、try_lock_for、try_lock_until。

mutex_type *release(); 不再管理互斥锁。

void swap(unique_lock &);交换管理的互斥锁。

bool owns_lock() 用于探测unique_lock是否管理着一个互斥锁且其处于上锁状态。bool operate bool() 与owns_lock等同。

mutex_type * mutex();用于返回管理的互斥锁的指针，但仍对其进行管理。

在unique_lock销毁的时候，owns_lock为真才会执行unlock。

总的来说，lock_guard在时空间效率上比较高，但功能单一。unique_lock功能多，使用灵活，但时空间效率不如lock_guard。如果使用了辅助类来管理互斥锁，就不要直接操作锁了，否则容易引发混乱，产生BUG。

 

辅助函数

template <class Mutex1, class Mutex2, class... Mutexes>
int try_lock (Mutex1& a, Mutex2& b, Mutexes&... cde);

根据参数顺序对多个锁进行上锁，如果成功锁住所有锁，返回-1，返回值大于0表示失败的锁的位置号。

 

template <class Mutex1, class Mutex2, class... Mutexes>
void lock (Mutex1& a, Mutex2& b, Mutexes&... cde);

对多个锁进行上锁，该函数是阻塞的。另，它保证发生异常的情况下已经上锁的锁会被解锁。

posted @ 2018-06-08 14:46  穆穆兔兔  阅读(3434)  评论(0)  编辑  收藏  举报