Mutex 又称互斥量,C++ 11中与 Mutex 相关的类(包括锁类型)和函数都声明在 <mutex> 头文件中,所以如果你需要使用 std::mutex,就必须包含 <mutex> 头文件。
<mutex> 头文件介绍
Mutex 系列类(四种)
- std::mutex,最基本的 Mutex 类。
- std::recursive_mutex,递归 Mutex 类。
- std::time_mutex,定时 Mutex 类。
- std::recursive_timed_mutex,定时递归 Mutex 类。
Lock 类(两种)
- std::lock_guard,与 Mutex RAII 相关,方便线程对互斥量上锁。
- std::unique_lock,与 Mutex RAII 相关,方便线程对互斥量上锁,但提供了更好的上锁和解锁控制。
其他类型
- std::once_flag
- std::adopt_lock_t
- std::defer_lock_t
- std::try_to_lock_t
函数
- std::try_lock,尝试同时对多个互斥量上锁。
- std::lock,可以同时对多个互斥量上锁。
- std::call_once,如果多个线程需要同时调用某个函数,call_once 可以保证多个线程对该函数只调用一次。
std::mutex 介绍
下面以 std::mutex 为例介绍 C++11 中的互斥量用法。
std::mutex 是C++11 中最基本的互斥量,std::mutex 对象提供了独占所有权的特性——即不支持递归地对 std::mutex 对象上锁,而 std::recursive_lock 则可以递归地对互斥量对象上锁。
std::mutex 的成员函数
- 构造函数,std::mutex不允许拷贝构造,也不允许 move 拷贝,最初产生的 mutex 对象是处于 unlocked 状态的。
- lock(),调用线程将锁住该互斥量。线程调用该函数会发生下面 3 种情况:
(1). 如果该互斥量当前没有被锁住,则调用线程将该互斥量锁住,直到调用 unlock之前,该线程一直拥有该锁。
(2). 如果当前互斥量被其他线程锁住,则当前的调用线程被阻塞住。
(3). 如果当前互斥量被当前调用线程锁住,则会产生死锁(deadlock)。
- unlock(), 解锁,释放对互斥量的所有权。
- try_lock(),尝试锁住互斥量,如果互斥量被其他线程占有,则当前线程也不会被阻塞。线程调用该函数也会出现下面 3 种情况,
(1). 如果当前互斥量没有被其他线程占有,则该线程锁住互斥量,直到该线程调用 unlock 释放互斥量。
(2). 如果当前互斥量被其他线程锁住,则当前调用线程返回 false,而并不会被阻塞掉。
(3). 如果当前互斥量被当前调用线程锁住,则会产生死锁(deadlock)。
// mutex::try_lock example #include <iostream> // std::cout #include <thread> // std::thread #include <mutex> // std::mutex volatile int counter (0); // non-atomic counter std::mutex mtx; // locks access to counter void 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 () { std::thread threads[10]; // spawn 10 threads: 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; }
Possible output (any count between 1 and 100000 possible):
std::recursive_mutex 介绍
std::recursive_mutex 与 std::mutex 一样,也是一种可以被上锁的对象,但是和 std::mutex 不同的是,std::recursive_mutex 允许同一个线程对互斥量多次上锁(即递归上锁),
来获得对互斥量对象的多层所有权,std::recursive_mutex 释放互斥量时需要调用与该锁层次深度相同次数的 unlock(),
可理解为 lock() 次数和 unlock() 次数相同,除此之外,std::recursive_mutex 的特性和 std::mutex 大致相同。
std::time_mutex 介绍
std::time_mutex 比 std::mutex 多了两个成员函数,try_lock_for(),try_lock_until()。
try_lock_for 函数接受一个时间范围,表示在这一段时间范围之内线程如果没有获得锁则被阻塞住(与 std::mutex 的 try_lock() 不同,try_lock 如果被调用时没有获得锁则直接返回 false),
如果在此期间其他线程释放了锁,则该线程可以获得对互斥量的锁,如果超时(即在指定时间内还是没有获得锁),则返回 false。
try_lock_until 函数则接受一个时间点作为参数,在指定时间点未到来之前线程如果没有获得锁则被阻塞住,如果在此期间其他线程释放了锁,则该线程可以获得对互斥量的锁,
如果超时(即在指定时间内还是没有获得锁),则返回 false。
#include <QCoreApplication> #include <chrono> // std::chrono::milliseconds #include <thread> // std::thread #include <mutex> // std::timed_mutex #include <iostream> std::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(int argc, char *argv[]) { QCoreApplication a(argc, argv); std::thread threads[10]; for (int i=0; i<10; ++i) threads[i] = std::thread(fireworks); for (auto& th : threads) th.join(); return a.exec(); }
Possible output (after around 10 seconds, length of lines may vary slightly):
------------------------------------* ----------------------------------------* -----------------------------------* ------------------------------* -------------------------* --------------------* ---------------* ----------* -----* *
std::lock_guard 介绍
与 Mutex RAII 相关,方便线程对互斥量上锁。
#include <QCoreApplication> #include <thread> // std::thread #include <mutex> // std::mutex, std::lock_guard #include <stdexcept> // std::logic_error #include <iostream> #include <chrono> std::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(int argc, char *argv[]) { QCoreApplication a(argc, argv); std::thread threads[10]; for (int i=0; i<10; ++i) threads[i] = std::thread(print_thread_id,i+1); for (auto& th : threads) th.join(); return a.exec(); }
std::unique_lock 介绍
与 Mutex RAII 相关,方便线程对互斥量上锁,但提供了更好的上锁和解锁控制。
#include <QCoreApplication> #include <thread> // std::thread #include <mutex> // std::mutex, std::lock_guard #include <stdexcept> // std::logic_error #include <iostream> #include <chrono> std::mutex mtx; void print_block (int n, char c) { std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx); for (int i = 0; i < n; i ++){ std::cout << c; std::this_thread::sleep_for(std::chrono::microseconds(100)); } std::cout << "\n"; } int main(int argc, char *argv[]) { QCoreApplication a(argc, argv); std::thread th1 (print_block,50,'*'); std::thread th2 (print_block,50,'$'); th1.join(); th2.join(); return a.exec(); }
Possible output (order of lines may vary, but characters are never mixed):
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