std::thread线程库详解（3）

2021 年 1 月 25 日
笔记
C++, Thread

前言

前两篇的博文分别介绍了标准库里面的线程和锁，这一次的博文将会介绍锁的管理。

锁在多线程编程中非常常用，但是一旦使用不谨慎就会导致很多问题，最常见的就是死锁问题。

lock_guard

std::lock_guard是最常见的管理锁的类，它会在初始化的时候自动加锁，销毁的时候自动解锁，需要锁的对象满足BasicLockable，即存在lock和unlock方法。测试代码：

void thread_func(int thread_id) {
  {
    std::lock_guard<std::mutex> guard(global_mutex);
    std::cout << "Test 1:" << thread_id << std::endl;
    std::this_thread::sleep_for(1s);
    std::cout << "Test 2:" << thread_id << std::endl;
  }
  std::this_thread::sleep_for(0.5s);
  std::cout << "Test 3:" << thread_id << std::endl;
}

std::lock_guard在线程一开始的代码块就进行了初始化，global_mutex加锁，所以Test 1和Test 2会一起输出，而之后代码块结束，std::lock_guard作为区域变量，也在此时析构释放锁。其输出为

除此之外，std::lock_guard还允许输入第二个参数std::adopt_lock_t，这个参数表明该线程已经获取了该锁，所以在创建对象的时候不需要再获取锁。

std::lock_guard<std::mutex> lk(mutex1, std::adopt_lock);

scoped_lock (C++17)

这个类和std::lock_guard类似，不过其可以同时管理多把锁，可以同时给多把锁加锁。这个方法可以很好的解决哲学家就餐问题\(^1\)。

void thread_func(int thread_id, std::mutex &mutex1, std::mutex &mutex2) {
  std::scoped_lock lock(mutex1, mutex2);
  std::cout << "Thread " << thread_id << " is eating." << std::endl;
  std::this_thread::sleep_for(1s);
  std::cout << "Thread " << thread_id << " over." << std::endl;
}

std::vector<std::shared_ptr<std::thread>> philosopher;
std::vector<std::mutex> tableware_mutex(5);
for (int loop_i = 0; loop_i < 5; ++loop_i) {
  philosopher.push_back(
    std::make_shared<std::thread>(thread_func, loop_i, std::ref(tableware_mutex[loop_i]), std::ref(tableware_mutex[(loop_i + 1) % 5]))
  );
}

for (int loop_i = 0; loop_i < 5; ++loop_i) {
  philosopher.at(loop_i)->join();
}

这里我们初始化了五个哲学家（线程）和五个餐具（锁），每个哲学家需要两个相邻的餐具来进食。其结果很简单：

可以看到，这帮哲学家们很有序的进食，没有产生冲突。而如果我们把对应的std::scoped_lock lock(mutex1, mutex2);，改为两个std::lock_guard，肉眼可见的会出现恶心的死锁问题。

和std::lock_guard类似的，它也有一个参数std::adopt_lock_t，表明线程已经获取到锁，构造时不需要获取锁，不过这个参数位于第一个。

std::scoped_lock lk(std::adopt_lock, mutex1, mutex2);

unique_lock

std::unique_lock相比较与std::lock_guard更为自由，除了std::adopt_lock_t参数外，其还支持try_to_lock_t，defer_lock_t，其中try_to_lock_t为非阻塞型加锁，defer_lock_t不在初始化的时候加锁。

std::unique_lock<std::mutex> lk(mutex, std::adopt_lock);
std::unique_lock<std::mutex> lk(mutex, std::try_to_lock);
std::unique_lock<std::mutex> lk(mutex, std::defer_lock);

std::unique_lock支持超时加锁:

std::unique_lock<std::timed_mutex> lk(mutex, 1s);

std::unique_lock支持移动语义，所以可以作为返回值

std::unique_lock<std::mutex> get_lock() {
  std::unique_lock<std::mutex> lk(mutex);
  return lk;
}

void thread_func(int thread_id) {
  std::unique_lock<std::mutex> lk = get_lock();
  std::cout << "Test 1: " << thread_id << std::endl;
  std::this_thread::sleep_for(1s);
  std::cout << "Test 2: " << thread_id << std::endl;
}

由于其允许在未加锁构造，所以它也提供了相应的lock、try_lock、unlock等方法。

shared_lock

和std::unique_lock类似，不过这个是锁定读写锁的读部分。

总结

本文总结了标准库中所有的锁管理的类，合理使用可以使代码更优美。这是标准库线程第三篇博文了，第四篇将会介绍线程里面的条件变量。

ref

[1] //zh.wikipedia.org/wiki/哲学家就餐问题

博客原文：//www.cnblogs.com/ink19/p/std_thread-3.html

Tags: C++ Thread