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今天就跟大家聊聊有关如何理解C++11中Lock,可能很多人都不太了解,为了让大家更加了解,小编给大家总结了以下内容,希望大家根据这篇文章可以有所收获。
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C++11 标准为我们提供了两种基本的锁类型,分别如下:
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。
另外还提供了几个与锁类型相关的 Tag 类,分别如下:
std::adopt_lock_t,一个空的标记类,定义如下:
struct adopt_lock_t {};
该类型的常量对象adopt_lock(adopt_lock 是一个常量对象,定义如下:
constexpr adopt_lock_t adopt_lock {};,// constexpr 是 C++11 中的新关键字)
通常作为参数传入给 unique_lock 或 lock_guard 的构造函数。
std::defer_lock_t,一个空的标记类,定义如下:
struct defer_lock_t {};
该类型的常量对象 defer_lock(defer_lock 是一个常量对象,定义如下:
constexpr defer_lock_t defer_lock {};,// constexpr 是 C++11 中的新关键字)
通常作为参数传入给 unique_lock 或 lock_guard 的构造函数。
std::try_to_lock_t,一个空的标记类,定义如下:
struct try_to_lock_t {};
该类型的常量对象 try_to_lock(try_to_lock 是一个常量对象,定义如下:
constexpr try_to_lock_t try_to_lock {};,// constexpr 是 C++11 中的新关键字)
通常作为参数传入给 unique_lock 或 lock_guard 的构造函数。后面我们会详细介绍以上三种 Tag 类型在配合 lock_gurad 与 unique_lock 使用时的区别。
std::lock_guard 介绍
std::lock_gurad 是 C++11 中定义的模板类。定义如下:
template
lock_guard 对象通常用于管理某个锁(Lock)对象,因此与 Mutex RAII 相关,方便线程对互斥量上锁,即在某个 lock_guard 对象的声明周期内,它所管理的锁对象会一直保持上锁状态;而 lock_guard 的生命周期结束之后,它所管理的锁对象会被解锁(注:类似 shared_ptr 等智能指针管理动态分配的内存资源 )。
模板参数 Mutex 代表互斥量类型,例如 std::mutex 类型,它应该是一个基本的 BasicLockable 类型,标准库中定义几种基本的 BasicLockable 类型,分别 std::mutex, std::recursive_mutex, std::timed_mutex,std::recursive_timed_mutex (以上四种类型均已在上一篇博客中介绍)以及 std::unique_lock(本文后续会介绍 std::unique_lock)。(注:BasicLockable 类型的对象只需满足两种操作,lock 和 unlock,另外还有 Lockable 类型,在 BasicLockable 类型的基础上新增了 try_lock 操作,因此一个满足 Lockable 的对象应支持三种操作:lock,unlock 和 try_lock;最后还有一种 TimedLockable 对象,在 Lockable 类型的基础上又新增了 try_lock_for 和 try_lock_until 两种操作,因此一个满足 TimedLockable 的对象应支持五种操作:lock, unlock, try_lock, try_lock_for, try_lock_until)。
在 lock_guard 对象构造时,传入的 Mutex 对象(即它所管理的 Mutex 对象)会被当前线程锁住。在lock_guard 对象被析构时,它所管理的 Mutex 对象会自动解锁,由于不需要程序员手动调用 lock 和 unlock 对 Mutex 进行上锁和解锁操作,因此这也是最简单安全的上锁和解锁方式,尤其是在程序抛出异常后先前已被上锁的 Mutex 对象可以正确进行解锁操作,极大地简化了程序员编写与 Mutex 相关的异常处理代码。
值得注意的是,lock_guard 对象并不负责管理 Mutex 对象的生命周期,lock_guard 对象只是简化了 Mutex 对象的上锁和解锁操作,方便线程对互斥量上锁,即在某个 lock_guard 对象的声明周期内,它所管理的锁对象会一直保持上锁状态;而 lock_guard 的生命周期结束之后,它所管理的锁对象会被解锁。
std::lock_guard 构造函数
lock_guard 构造函数如下表所示:
explicit lock_guard (mutex_type& m);
lock_guard (mutex_type& m, adopt_lock_t tag);
lock_guard (const lock_guard&) = delete;
locking (1) | adopting (2) | copy [deleted](3) |
---|
locking 初始化lock_guard 对象管理 Mutex 对象 m,并在构造时对 m 进行上锁(调用 m.lock())。
adopting初始化lock_guard 对象管理 Mutex 对象 m,与 locking 初始化(1) 不同的是, Mutex 对象 m 已被当前线程锁住。
拷贝构造lock_guard 对象的拷贝构造和移动构造(move construction)均被禁用,因此 lock_guard 对象不可被拷贝构造或移动构造。
我们来看一个简单的例子(参考):
#include
在 print_thread_id 中,我们首先对 mtx 进行上锁操作(mtx.lock();),然后用 mtx 对象构造一个 lock_guard 对象(std::lock_guard
#include
std::unique_lock 介绍
但是 lock_guard 较大的缺点也是简单,没有给程序员提供足够的灵活度,因此,C++11 标准中定义了另外一个与 Mutex RAII 相关类 unique_lock,该类与 lock_guard 类相似,也很方便线程对互斥量上锁,但它提供了更好的上锁和解锁控制。
顾名思义,unique_lock 对象以独占所有权的方式( unique owership)管理 mutex 对象的上锁和解锁操作,所谓独占所有权,就是没有其他的 unique_lock 对象同时拥有某个 mutex 对象的所有权。
在构造(或移动(move)赋值)时,unique_lock 对象需要传递一个 Mutex 对象作为它的参数,新创建的 unique_lock 对象负责传入的 Mutex 对象的上锁和解锁操作。
std::unique_lock 对象也能保证在其自身析构时它所管理的 Mutex 对象能够被正确地解锁(即使没有显式地调用 unlock 函数)。因此,和 lock_guard 一样,这也是一种简单而又安全的上锁和解锁方式,尤其是在程序抛出异常后先前已被上锁的 Mutex 对象可以正确进行解锁操作,极大地简化了程序员编写与 Mutex 相关的异常处理代码。
值得注意的是,unique_lock 对象同样也不负责管理 Mutex 对象的生命周期,unique_lock 对象只是简化了 Mutex 对象的上锁和解锁操作,方便线程对互斥量上锁,即在某个 unique_lock 对象的声明周期内,它所管理的锁对象会一直保持上锁状态;而 unique_lock 的生命周期结束之后,它所管理的锁对象会被解锁,这一点和 lock_guard 类似,但 unique_lock 给程序员提供了更多的自由,我会在下面的内容中给大家介绍 unique_lock 的用法。
另外,与 lock_guard 一样,模板参数 Mutex 代表互斥量类型,例如 std::mutex 类型,它应该是一个基本的 BasicLockable 类型,标准库中定义几种基本的 BasicLockable 类型,分别 std::mutex, std::recursive_mutex, std::timed_mutex,std::recursive_timed_mutex (以上四种类型均已在上一篇博客中介绍)以及 std::unique_lock(本文后续会介绍 std::unique_lock)。(注:BasicLockable 类型的对象只需满足两种操作,lock 和 unlock,另外还有 Lockable 类型,在 BasicLockable 类型的基础上新增了 try_lock 操作,因此一个满足 Lockable 的对象应支持三种操作:lock,unlock 和 try_lock;最后还有一种 TimedLockable 对象,在 Lockable 类型的基础上又新增了 try_lock_for 和 try_lock_until 两种操作,因此一个满足 TimedLockable 的对象应支持五种操作:lock, unlock, try_lock, try_lock_for, try_lock_until)。
std::unique_lock 构造函数
std::unique_lock 的构造函数的数目相对来说比 std::lock_guard 多,其中一方面也是因为 std::unique_lock 更加灵活,从而在构造 std::unique_lock 对象时可以接受额外的参数。总地来说,std::unique_lock 构造函数如下:
unique_lock() noexcept;
explicit unique_lock(mutex_type& m);
unique_lock(mutex_type& m, try_to_lock_t tag);
unique_lock(mutex_type& m, defer_lock_t tag) noexcept;
unique_lock(mutex_type& m, adopt_lock_t tag);
template
template
unique_lock(const unique_lock&) = delete;
unique_lock(unique_lock&& x);
default (1) | locking (2) | try-locking (3) | deferred (4) | adopting (5) | locking for (6) | locking until (7) | copy [deleted] (8) | move (9) |
---|
下面我们来分别介绍以上各个构造函数:
(1) 默认构造函数新创建的 unique_lock 对象不管理任何 Mutex 对象。(2) locking 初始化新创建的 unique_lock 对象管理 Mutex 对象 m,并尝试调用 m.lock() 对 Mutex 对象进行上锁,如果此时另外某个 unique_lock 对象已经管理了该 Mutex 对象 m,则当前线程将会被阻塞。(3) try-locking 初始化新创建的 unique_lock 对象管理 Mutex 对象 m,并尝试调用 m.try_lock() 对 Mutex 对象进行上锁,但如果上锁不成功,并不会阻塞当前线程。(4) deferred 初始化新创建的 unique_lock 对象管理 Mutex 对象 m,但是在初始化的时候并不锁住 Mutex 对象。 m 应该是一个没有当前线程锁住的 Mutex 对象。(5) adopting 初始化新创建的 unique_lock 对象管理 Mutex 对象 m, m 应该是一个已经被当前线程锁住的 Mutex 对象。(并且当前新创建的 unique_lock 对象拥有对锁(Lock)的所有权)。(6) locking 一段时间(duration)新创建的 unique_lock 对象管理 Mutex 对象 m,并试图通过调用 m.try_lock_for(rel_time) 来锁住 Mutex 对象一段时间(rel_time)。(7) locking 直到某个时间点(time point)新创建的 unique_lock 对象管理 Mutex 对象m,并试图通过调用 m.try_lock_until(abs_time) 来在某个时间点(abs_time)之前锁住 Mutex 对象。(8) 拷贝构造 [被禁用]unique_lock 对象不能被拷贝构造。(9) 移动(move)构造新创建的 unique_lock 对象获得了由 x 所管理的 Mutex 对象的所有权(包括当前 Mutex 的状态)。调用 move 构造之后, x 对象如同通过默认构造函数所创建的,就不再管理任何 Mutex 对象了。综上所述,由 (2) 和 (5) 创建的 unique_lock 对象通常拥有 Mutex 对象的锁。而通过 (1) 和 (4) 创建的则不会拥有锁。通过 (3),(6) 和 (7) 创建的 unique_lock 对象,则在 lock 成功时获得锁。
关于unique_lock 的构造函数,请看下面例子(参考):
#include
std::unique_lock 移动(move assign)赋值操作
std::unique_lock 支持移动赋值(move assignment),但是普通的赋值被禁用了,
unique_lock& operator= (unique_lock&& x) noexcept;
unique_lock& operator= (const unique_lock&) = delete;
move (1) | copy [deleted] (2) |
---|
移动赋值(move assignment)之后,由 x 所管理的 Mutex 对象及其状态将会被新的 std::unique_lock 对象取代。
如果被赋值的对象之前已经获得了它所管理的 Mutex 对象的锁,则在移动赋值(move assignment)之前会调用 unlock 函数释放它所占有的锁。
调用移动赋值(move assignment)之后, x 对象如同通过默认构造函数所创建的,也就不再管理任何 Mutex 对象了。请看下面例子(参考):
#include
std::unique_lock 主要成员函数
本节我们来看看 std::unique_lock 的主要成员函数。由于 std::unique_lock 比 std::lock_guard 操作灵活,因此它提供了更多成员函数。具体分类如下:
上锁/解锁操作:lock,try_lock,try_lock_for,try_lock_until 和 unlock 修改操作:移动赋值(move assignment)(前面已经介绍过了),交换(swap)(与另一个 std::unique_lock 对象交换它们所管理的 Mutex 对象的所有权),释放(release)(返回指向它所管理的 Mutex 对象的指针,并释放所有权) 获取属性操作:owns_lock(返回当前 std::unique_lock 对象是否获得了锁)、operator bool()(与 owns_lock 功能相同,返回当前 std::unique_lock 对象是否获得了锁)、mutex(返回当前 std::unique_lock 对象所管理的 Mutex 对象的指针)。
std::unique_lock::lock请看下面例子(参考):
上锁操作,调用它所管理的 Mutex 对象的 lock 函数。如果在调用 Mutex 对象的 lock 函数时该 Mutex 对象已被另一线程锁住,则当前线程会被阻塞,直到它获得了锁。
该函数返回时,当前的 unique_lock 对象便拥有了它所管理的 Mutex 对象的锁。如果上锁操作失败,则抛出 system_error 异常。
// unique_lock::lock/unlock#include
std::unique_lock::try_lock
上锁操作,调用它所管理的 Mutex 对象的 try_lock 函数,如果上锁成功,则返回 true,否则返回 false。
请看下面例子(参考):
#include
std::unique_lock::try_lock_for
上锁操作,调用它所管理的 Mutex 对象的 try_lock_for 函数,如果上锁成功,则返回 true,否则返回 false。
请看下面例子(参考):
#include
std::unique_lock::try_lock_until
上锁操作,调用它所管理的 Mutex 对象的 try_lock_for 函数,如果上锁成功,则返回 true,否则返回 false。
请看下面例子(参考):
#include
std::unique_lock::unlock
解锁操作,调用它所管理的 Mutex 对象的 unlock 函数。
请看下面例子(参考):
#include
std::unique_lock::release
返回指向它所管理的 Mutex 对象的指针,并释放所有权。
请看下面例子(参考):
#include
std::unique_lock::owns_lock
返回当前 std::unique_lock 对象是否获得了锁。
请看下面例子(参考):
#include
std::unique_lock::operator bool()
与 owns_lock 功能相同,返回当前 std::unique_lock 对象是否获得了锁。
请看下面例子(参考):
#include
std::unique_lock::mutex
返回当前 std::unique_lock 对象所管理的 Mutex 对象的指针。
请看下面例子(参考):
#include
看完上述内容,你们对如何理解C++11中Lock有进一步的了解吗?如果还想了解更多知识或者相关内容,请关注创新互联行业资讯频道,感谢大家的支持。