<mutex>

std::call_once函數(shù)

多線程操作過程中，std::call_once()內(nèi)部的回調(diào)函數(shù)只會(huì)被執(zhí)行一次

在某些特定情況下，某些函數(shù)只能在多線程環(huán)境下調(diào)用一次，比如：要初始化某個(gè)對(duì)象，而這個(gè)對(duì)象只能被初始化一次，就可以使用std::call_once()來保證函數(shù)在多線程環(huán)境下只能被調(diào)用一次。使用call_once()的時(shí)候，需要一個(gè)once_flag作為call_once()的傳入?yún)?shù).

函數(shù)原型:

// 定義于頭文件 <mutex>,屬于std
template< class Callable, class... Args >
void call_once( std::once_flag& flag, Callable&& f, Args&&... args );

• flag：once_flag類型的對(duì)象，要保證這個(gè)對(duì)象能夠被多個(gè)線程同時(shí)訪問到
• f：回調(diào)函數(shù)，可以傳遞一個(gè)有名函數(shù)地址，也可以指定一個(gè)匿名函數(shù)
• args：作為實(shí)參傳遞給回調(diào)函數(shù)

例程:使用call_once實(shí)現(xiàn)的單例模式

#include<iostream>
#include<thread>
#include<mutex>
std::once_flag g_flag;
class Singleton {
public:
    Singleton(const Singleton& s) = delete;
    Singleton& operator=(const Singleton&s) = delete;
    static Singleton* GetInstance() {
        std::call_once(g_flag,[](){ std::cout<<"do once:"<<std::this_thread::get_id()<<"\n"; _instance = new Singleton; }); //成員函數(shù)中l(wèi)ambda默認(rèn)隱式捕獲this
        std::cout<<std::this_thread::get_id()<<"\n";
        return _instance;
    }
private:
    Singleton(){};
    static Singleton* _instance;
};
Singleton* Singleton::_instance = nullptr;
int main() {
   std::thread t1(Singleton::GetInstance);
   std::thread t2(Singleton::GetInstance);
   std::thread t3(Singleton::GetInstance);
    t1.join();
    t2.join();
    t3.join();
    return 0 ;
}

注意:call_once在執(zhí)行時(shí)會(huì)阻塞其他線程

std::call_once通過內(nèi)部互斥器和原子操作來確保只有一個(gè)線程能夠進(jìn)入初始化代碼區(qū)域。這意味著當(dāng)多個(gè)線程等待執(zhí)行某個(gè)需初始化的函數(shù)時(shí)，第一個(gè)獲得執(zhí)行權(quán)的線程將會(huì)執(zhí)行該函數(shù)，而其他線程則會(huì)等待。這種機(jī)制確保了初始化過程的線程安全性，避免了競(jìng)態(tài)條件的發(fā)生。同時(shí)，std::call_once還處理了異常情況，如果在函數(shù)執(zhí)行過程中拋出異常，則call_once不會(huì)認(rèn)為該函數(shù)已經(jīng)成功執(zhí)行。這樣，后續(xù)的線程仍然可以嘗試進(jìn)入執(zhí)行，從而保證函數(shù)能夠成功被執(zhí)行一次。

補(bǔ)充:

call_once實(shí)現(xiàn)的過程中使用了lambda表達(dá)式,而其中l(wèi)ambda表達(dá)式并未指明捕獲方式,一般來說未指明時(shí)lambda不會(huì)捕獲任何的外部變量.

但是為什么在成員函數(shù)中l(wèi)ambda不指定捕獲類型卻能捕獲到成員變量呢?因?yàn)?strong>lambda在成員函數(shù)中隱式地捕獲了當(dāng)前對(duì)象的this指針,因此能夠訪問到成員變量.

這種便利也帶來了一定的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樵跊]有顯式捕獲的情況下，lambda表達(dá)式對(duì)成員變量的修改可能會(huì)影響到對(duì)象的狀態(tài),這點(diǎn)需要程序員注意.

std::mutex類 -- 獨(dú)占互斥鎖

解決多線程數(shù)據(jù)混亂的方案就是進(jìn)行線程同步,最常用的就是互斥鎖.

C++11中一共提供了四種互斥鎖：

• std::mutex：獨(dú)占的互斥鎖，不能遞歸使用
• std::timed_mutex：帶超時(shí)的獨(dú)占互斥鎖，不能遞歸使用
• std::recursive_mutex：遞歸互斥鎖，不帶超時(shí)功能
• std::recursive_timed_mutex：帶超時(shí)的遞歸互斥鎖

互斥鎖在有些資料中也被稱之為互斥量.

這些鎖類都是不可拷貝,不可賦值

成員函數(shù)

• void lock();

  常用,阻塞上鎖

bool try_lock();

try_lock,嘗試上鎖,線程不阻塞,返回值能夠用于程序邏輯分支,即遇到鎖后可以做其他事.

例程:

#include<iostream>
#include<thread>
#include<cstdlib>
#include<mutex>
int g_val;
std::mutex mtx;
void other() {
    std::cout << "do other thing" << "\n";
}
void func() {
    while (true) {
        _sleep(100);
        while (mtx.try_lock() == false)
            other();
        std::cout << g_val++ << "\n";
        mtx.unlock();
    }
}
int main() {
    std::thread t1(func);
    std::thread t2(func);
    std::thread t3(func);
}

void unlock();

解鎖

注意,必須要上了鎖的對(duì)象才有資格解鎖.其他對(duì)象解鎖程序會(huì)奔潰(mutex對(duì)象內(nèi)會(huì)記錄上鎖線程的id,解鎖時(shí)會(huì)進(jìn)行id判定.)

死鎖:

• 一個(gè)執(zhí)行流連續(xù)上次上同一把鎖.
• 多個(gè)執(zhí)行流互相等待對(duì)方解鎖

std::recursive_mutex類 -- 遞歸互斥鎖

遞歸,就是可以多次使用

遞歸互斥鎖std::recursive_mutex允許同一線程多次獲得互斥鎖，可以用來解決同一線程需要多次獲取互斥量時(shí)死鎖的問題

使用注意:

• 使用遞歸互斥鎖的場(chǎng)景往往都是可以簡(jiǎn)化的，使用遞歸互斥鎖很容易放縱復(fù)雜邏輯的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致bug的產(chǎn)生
• 遞歸互斥鎖比獨(dú)占互斥鎖實(shí)現(xiàn)復(fù)雜,考慮更多,因此比非遞歸互斥鎖效率要低一些。
• 遞歸互斥鎖雖然允許同一個(gè)線程多次獲得同一個(gè)互斥鎖的所有權(quán)，但最大次數(shù)并未具體說明，一旦超過一定的次數(shù)，就會(huì)拋出std::system錯(cuò)誤。

描述:

遞歸互斥鎖,即同一個(gè)線程可以多次對(duì)該鎖進(jìn)行加鎖操作.

形象來看,就是遞歸互斥鎖就是一扇門,線程是主人,一扇門對(duì)應(yīng)一把鑰匙,主人能帶著鑰匙離開,能夠使用鑰匙重復(fù)開門.具有記憶功能

而獨(dú)占互斥鎖沒有記憶功能,不能帶走鑰匙,用完離開后鎖就不認(rèn)人了.

std::timed_mutex類 -- 超時(shí)互斥鎖

std::timed_mutex是超時(shí)獨(dú)占互斥鎖,體現(xiàn)在獲取互斥鎖資源時(shí)增加了兩個(gè)超時(shí)等待的函數(shù).

因?yàn)椴恢阔@取鎖資源需要等待多長(zhǎng)時(shí)間，為了保證不一直等待下去，設(shè)置了一個(gè)超時(shí)時(shí)長(zhǎng)，超時(shí)后線程就可以解除阻塞去做其他事情了。

描述:

和mutex的try_lock一樣,只是try_lock不阻塞,try_lock_for會(huì)阻塞一定時(shí)長(zhǎng).

成員函數(shù):

void lock();
bool try_lock();
void unlock();
// std::timed_mutex比std::_mutex多出的兩個(gè)成員函數(shù)
template <class Rep, class Period>
  bool try_lock_for (const chrono::duration<Rep,Period>& rel_time);
template <class Clock, class Duration>
  bool try_lock_until (const chrono::time_point<Clock,Duration>& abs_time);

• try_lock_for函數(shù)是當(dāng)線程獲取不到互斥鎖資源的時(shí)候，讓線程阻塞一定的時(shí)間長(zhǎng)度
• try_lock_until函數(shù)是當(dāng)線程獲取不到互斥鎖資源的時(shí)候，讓線程阻塞到某一個(gè)指定的時(shí)間點(diǎn)

try_lock_for/until的返回值：

當(dāng)?shù)玫交コ怄i的所有權(quán)之后，函數(shù)會(huì)馬上解除阻塞，返回true，如果阻塞的時(shí)長(zhǎng)用完或者到達(dá)指定的時(shí)間點(diǎn)之后，函數(shù)也會(huì)解除阻塞，返回false

std::recursive_timed_mutex類

關(guān)于遞歸超時(shí)互斥鎖std::recursive_timed_mutex的使用方式和std::timed_mutex一樣,也是5個(gè)成員函數(shù)，只不過它可以允許一個(gè)線程多次獲得互斥鎖所有權(quán)，而std::timed_mutex只允許線程獲取一次互斥鎖所有權(quán)。

另外，遞歸超時(shí)互斥鎖std::recursive_timed_mutex也擁有和std::recursive_mutex一樣的弊端，不建議頻繁使用。

std::lock_guard模板類

RAII技術(shù),守護(hù)鎖.

函數(shù)原型:

// 類的定義，定義于頭文件 <mutex>
template< class Mutex >
class lock_guard;
// 常用構(gòu)造函數(shù)
explicit lock_guard( mutex_type& m );
lock_guard(const lock_guard&) = delete;
lock_guard& operator=(const lock_guard&) = delete;

std::unique_lock模板類

前面講到lock_guard能夠RAII,但是僅限于簡(jiǎn)單的加鎖解鎖場(chǎng)景,因?yàn)閘ock_guard本身是不支持拷貝的,如果需要函數(shù)傳參,返回等情況下,lock_guard就無能為力了.

unique_lock就是為此而實(shí)現(xiàn),一般與條件變量搭配使用.

成員方法

使用方法與mutex基本一樣

 lock()
 try_lock()
 try_lock_for()	
 try_lock_until()
 unlock()	

到此這篇關(guān)于C++11標(biāo)準(zhǔn)庫 互斥鎖 &lt;mutex&gt; 梳理的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++11 互斥鎖 &lt;mutex&gt; 內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

最新評(píng)論