std::unique_lock

std::unique_lock 是 C++11 标准库中的一个类，提供了一种灵活的方式来管理互斥量（mutex）。
它比 std::lock_guard 更加灵活，允许在不同的作用域和不同的锁定策略之间进行选择。以下是对 unique_lock 的详细解释，包括其用途、使用方法和优点。

1. 定义

• std::unique_lock 是一种 RAII（资源获取即初始化）风格的锁，它在构造时锁定给定的互斥量，并在析构时自动解锁。这确保了在离开作用域时，锁会被自动释放，从而避免死锁。

2. 用途

• 用于保护共享资源，确保在多线程环境中，只有一个线程能够访问该资源。
• 适合需要在多个地方手动控制锁定与解锁的场景，例如在条件变量中使用。
• 可以与 std::condition_variable 一起使用，以便在等待条件变量时自动管理锁。

3. 如何使用

以下是使用 std::unique_lock 的基本步骤和示例代码：

示例代码

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

std::mutex mtx;
std::condition_variable cond_var;
int shared_data = 0;

void producer() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);  // 锁定互斥量
    shared_data = 42;                         // 修改共享数据
    std::cout << "Produced: " << shared_data << std::endl;
    cond_var.notify_one();                    // 通知消费者
} // 离开作用域时自动解锁

void consumer() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);  // 锁定互斥量
    cond_var.wait(lock, [] { return shared_data != 0; }); // 等待条件变量
    std::cout << "Consumed: " << shared_data << std::endl;
} // 离开作用域时自动解锁

int main() {
    std::thread t1(producer);
    std::thread t2(consumer);

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

    return 0;
}

4. 为什么要用它

• 灵活性：与 std::lock_guard 相比，std::unique_lock 提供了更多的灵活性，支持以下功能：

  • 可以在构造时选择是否锁定互斥量。
  • 支持手动锁定和解锁：可以在需要时调用 lock() 和 unlock() 方法。
  • 支持条件变量的等待：在等待条件变量时，可以传入 unique_lock，并在条件满足时自动解锁和重新锁定。

• 避免死锁：由于 std::unique_lock 的 RAII 特性，确保在作用域结束时自动解锁，降低了因忘记解锁而引起死锁的风险。

• 可以延迟锁定：你可以在构造 unique_lock 时不锁定互斥量，并在后面需要时再手动锁定。

5. 总结

• std::unique_lock 是一种灵活且安全的互斥量管理方式，适合在复杂的多线程环境中使用。
  它不仅简化了锁的管理，还减少了编程错误的可能性，尤其是在涉及条件变量和复杂的锁定策略时。