boost中的mutex与lock

最近在多线程编程中多次使用到mutex来互斥，看了下项目的代码，有自己封装的mutex类，也有直接使用boost::mutex的，而boost中关于mutex可谓令人眼花撩换。这里总结一下。

对于mutex和lock，要明确一点，真正起到互斥作用的mutex，而lock可以认为是协助mutex令我们在使用时更方便。搞不清楚二者关系的可以参考这里：从高中一次半夜不冲厕所的经历谈程序

最基础的mutex的使用方法是这样的：

[html] view plain copy

HANDLE g_mutex = NULL;
void test()
{
::WaitForSingleObject(g_mutex, INFINITE);
//do something...
ReleaseMutex(g_mutex);
}

使用匿名的互斥体，test函数中调用WaitForSingleObject等待其他线程释放g_mutex。INFINITE表示一直等待，也可以设置等待超时时间。

当前线程获得g_mutex后执行do something，之后释放g_mutex。

这里使用的是匿名互斥体，当然，在程序中需要多个互斥体时，可以通过CreateMutex创建命名互斥体，也可以通过OpenMutex打开一个互斥体。

不过很少有人像上面那样直接使用吧，太简单粗暴了，互斥体作为一个基本功能模块，怎么说也会封装一下，让别人用起来更爽些。如下是一个简单封装：

[html] view plain copy

class MyMutex
{
public:
MyMutex()
:m_hMutex(NULL)
{
}
MyMutex(wchar_t* pMutexName)
:m_hMutex(NULL)
{
createMutex(pMutexName);
}
virtual ~MyMutex()
{
destroyMutex();
}
bool lock()
{
return m_hMutex ? (::WaitForSingleObject(m_hMutex,INFINITE) == WAIT_OBJECT_0) : false;
}
void unlock()
{
ReleaseMutex(m_hMutex);
}
bool createMutex(wchar_t* pMutexName)
{
if (m_hMutex)
{
return true;
}
m_hMutex = ::CreateMutex(NULL, FALSE, pMutexName);
return m_hMutex != NULL;
}
void destroyMutex()
{
CloseHandle(m_hMutex);
m_hMutex = NULL;
}
bool openMutex(wchar_t* pMutexName)
{
if (m_hMutex)
{
return true;
}
m_hMutex = ::OpenMutex(SYNCHRONIZE, FALSE, pMutexName);
return m_hMutex != NULL;
}
private:
HANDLE m_hMutex;
};

封装之后，就可以如下使用：

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void test1()
{
MyMutex mutex;
mutex.createMutex(L"mutex_test_name1");
if (mutex.lock())
{
//do something...
mutex.unlock();
}
}

但是，就像从高中一次半夜不冲厕所的经历谈程序说的那样，释放锁就像”冲大便“一样让人容易忘记，如果在mutex.lock之后，忘记mutex.unlock，那么悲剧就发生了，当前线程将一直占据这把锁。。。。。

于是，便有了帮助类lock，或者叫做guard，或者lockguard等等吧。远离就是保证在离开作用域时，不需要手动调用unlock，而有人帮助我们做unlock的操作，省了很多事。一个帮助类lock大概是这样子的：

[html] view plain copy

class MyMutexLockGuard
{
public:
MyMutexLockGuard(MyMutex* pMutex)
{
m_pMutex = pMutex;
if (m_pMutex)
{
m_pMutex->lock();
}
}
virtual ~MyMutexLockGuard()
{
if (m_pMutex)
{
m_pMutex->unlock();
}
}
private:
MyMutex* m_pMutex;
};

调用起来大概是这样的：

[html] view plain copy

void test2()
{
MyMutex mutex(L"mutex_test_name2");
{//scope 1
MyMutexLockGuard lock(&mutex);
//do something...
}
//out of the scope 1, the mutex has been unlocked
}

当离开作用域1时，lock对象被析构，自动调用mutex.unlock函数释放锁。是不是很爽...

需要注意的是CreateMutex和OpenMutex这两个windows api，CreateMutex的第二个参数bInitialOwner最好设为false。设为true时代表创建这个mutex的线程是直接获取这个mutex,相当于创建这个mutex的过程中调用了waitforsingleobject,因此即使后来lock和unlock配对调用,最后先启动的这个线程还是没有释放这个mutex，必须手动再调用一次unlock才行。因此设为false更稳妥些。OpenMutex的第一个参数安全属性最好设为SYNCHRONIZE ，win7和vista下不要用ALL_ACCESS，有可能失败。第二参数表示进程创建出的子进程是否可以直接继承该mutex。

上面的是mutex的基本用法，更强大的是boost中对于mutex和lock的实现。

boost中的mutex貌似有6种或者更多，我用过的有3中boost::mutex、boost::shared_mutex、boost::recursive_mutex，貌似还有boost::try_mutex、boost::time_mutex，不过没用过。

boost::mutex是最基础的锁，有lock和unlock方法，可以认为是互持锁。boost::shared_mutex是共享锁，有lock、unlock方法以及shared_lock、shared_unlock方法。boost::recursive_mutex是重入锁或者称为递归锁，这个最后再说。

boost::shared_mutex可以用来实现读写锁。多线程中的一个经典问题是一写多读，即当有线程发生写操作时，所有其他线程的读操作暂停，其他时刻，允许多个线程同时读操作。使用boost::shared_mutex构造读写锁时需要使用到boost中的lock帮助类系列（作用类似上面我写的MyMutexLockGuard）。boost::shared_lock<T>和boost::unique_lock<T>，从字面上看，shared_lock是共享的，unique_lock是独占的，shared_lock<T>只允许T是shared_mutex，而unique_lock<T>对T没有限制，如果T是shared_mutex，则在执行加锁和解锁时会调用shared_lock和shared_unlock方法，否则，则执行一般的lock和unlock方法。

实现读写锁：

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typedef boost::unique_lock<boost::shared_mutex> ReadLock;
typdef boost::shared_lock<boost::shared_mutex> WriteLock;
boost::shared_mutex read_write_mutex;
void _ReadThreadFunc()
{
ReadLock read_lock(read_write_mutex);
//read data...
}
void _WriteThreadFunc()
{
WriteLock write_lock(read_write_mutex);
//write data...
}

使用boost::unique_lock和boost::mutex则可以实现最基本的独占时互斥

[html] view plain copy

boost::unique<boost::mutex> MyLock
boost::mutex myMutex;
void func()
{
MyLock lock(myMutex);
// do something...
}

*注意：boost::mutex::scoped_lock和boost::unique是一个东东哦...

还有个东西叫boost::lock_guard，它是比boost::unique更轻量级的lock。看下boost::lock_guard的源代码：

[html] view plain copy

template<typename Mutex>
class lock_guard
{
private:
Mutex& m;
explicit lock_guard(lock_guard&);
lock_guard& operator=(lock_guard&);
public:
explicit lock_guard(Mutex& m_):
m(m_)
{
m.lock();
}
lock_guard(Mutex& m_,adopt_lock_t):
m(m_)
{}
~lock_guard()
{
m.unlock();
}
};

可以看到只有两个public方法，即构造和析构函数，也就是说，使用boost::lock_guard去guard一个mutex，必然是在boost::lock_guard的对象离开其作用域时unlock它所guard的mutex，不提供提前unlock的功能。

而boost::unique_lock则提供这个功能，除了像boost::lock_guard一样在离开作用域时unlock它guard的mutex外，boost::unique还提供unlock函数，使用者可以手动执行unlock。此外，unique_lock还可以设置超时。

最后说下boost::recursive_mutex，先看下面的逻辑：main调用test3，test3中锁住g_mutex，调用test4，test4中尝试获得g_mutex，结果这个程序将死锁。因为test3锁住g_mutex后，在同一线程（更准确是同一堆栈中）再次尝试获得g_mutex，由于前面的锁未释放，这里将等待，形成死锁。

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boost::mutex g_mutex;
void test4()
{
boost::lock_guard<boost::mutex> lock(g_mutex);
//do something...
}
void test3()
{
boost::lock_guard<boost::mutex> lock(g_mutex);
test4();
//do something...
}
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
test3();
return 0;
}

第二个例子：

[html] view plain copy

void * thread_func_one(void *arg)
{
int i;
for(i=0;i<10;i++){
pthread_mutex_lock( &mutex1);
pthread_mutex_lock( &mutex1);//锁两次
count++;
sleep(1);
pthread_mutex_unlock(&mutex1);
pthread_mutex_unlock(&mutex1);
printf("thread one count value is %d/n",count);
}
return NULL;
}

同样的道理，也死锁。那么对于这种在一个线程中可能在锁中需要再次获得锁的情况，就需要使用重入锁，boost::recursive_mutex。如下使用就没问题了。

[html] view plain copy

boost::recursive_mutex g_mutex;
void test4()
{
boost::recursive_mutex::scoped_lock<boost::recursive_mutex > lock(g_mutex);
//do something...
}
void test3()
{
boost::recursive_mutex::scoped_lock<boost::recursive_mutex > lock(g_mutex);
test4();
//do something...
}
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
test3();
return 0;
}

posted @ 2013-03-21 16:27 JustinYo 阅读(3240) 评论(0) 编辑收藏举报

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