C++中unique_lock和lock_guard區(qū)別小結(jié)

更新時(shí)間：2025年04月16日 09:59:02 作者：流星雨愛(ài)編程

本文主要介紹了C++中unique_lock和lock_guard區(qū)別,std::unique_lock?和?std::lock_guard屬于標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)mute中的互斥鎖管理工具,用于簡(jiǎn)化互斥鎖的使用并確保線程安全,具有一定的參考價(jià)值,感興趣的可以了解一下

1.自動(dòng)鎖定與解鎖機(jī)制

1) std::lock_guard：一個(gè)輕量級(jí)的互斥鎖包裝器，采用了 RAII（資源獲取即初始化）技術(shù)。當(dāng) std::lock_guard 對(duì)象被創(chuàng)建時(shí)，它會(huì)自動(dòng)鎖定所關(guān)聯(lián)的互斥鎖；當(dāng)對(duì)象離開(kāi)其作用域時(shí)，會(huì)自動(dòng)解鎖該互斥鎖。它的設(shè)計(jì)遵循最小化原則，僅提供最基本的鎖管理功能，沒(méi)有額外的開(kāi)銷。其核心實(shí)現(xiàn)原理可以簡(jiǎn)化為：

template<classMutex>
classlock_guard {
public:
    explicitlock_guard(Mutex& m) : mutex(m) {
        mutex.lock();
    }
    
    ~lock_guard() {
        mutex.unlock();
    }
    
    lock_guard(const lock_guard&) = delete;
    lock_guard& operator=(const lock_guard&) = delete;

private:
    Mutex& mutex;
};

示例代碼如下：

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

std::mutex mtx;

void printMessage() {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
    std::cout << "This message is protected by lock_guard." << std::endl;
    // 當(dāng) lock_guard 對(duì)象離開(kāi)作用域時(shí)，互斥鎖會(huì)自動(dòng)解鎖
}

int main() {
    std::thread t(printMessage);
    t.join();
    return 0;
}

2) std::unique_lock：同樣基于 RAII 技術(shù)，在對(duì)象銷毀時(shí)會(huì)自動(dòng)解鎖互斥鎖。不過(guò)，它的鎖定和解鎖操作更加靈活，可以在對(duì)象創(chuàng)建時(shí)選擇不立即鎖定互斥鎖，也可以在對(duì)象生命周期內(nèi)手動(dòng)鎖定和解鎖。unique_lock 是 C++11 標(biāo)準(zhǔn)中引入的更高級(jí)的鎖管理器，設(shè)計(jì)目標(biāo)是提供更靈活的鎖管理能力。其核心接口包括：

class unique_lock {
public:
    // 構(gòu)造時(shí)可選立即加鎖、延遲加鎖或嘗試加鎖
    unique_lock(mutex_type& m, std::defer_lock_t) noexcept;
    unique_lock(mutex_type& m, std::try_to_lock_t);
    unique_lock(mutex_type& m, std::adopt_lock_t);
    
    // 轉(zhuǎn)移構(gòu)造函數(shù)
    unique_lock(unique_lock&& other) noexcept;
    
    // 手動(dòng)控制接口
    voidlock();
    booltry_lock();
    voidunlock();
    
    // 狀態(tài)查詢
    explicitoperatorbool()constnoexcept;
    boolowns_lock()constnoexcept;
};

示例代碼如下：

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

std::mutex mtx;

void printMessage() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx, std::defer_lock);
    // 手動(dòng)鎖定互斥鎖
    lock.lock();
    std::cout << "This message is protected by unique_lock." << std::endl;
    // 手動(dòng)解鎖互斥鎖
    lock.unlock();
}

int main() {
    std::thread t(printMessage);
    t.join();
    return 0;
}

std::unique_lock 允許在對(duì)象生命周期內(nèi)多次手動(dòng)調(diào)用 lock()、unlock() 和 try_lock() 方法。這在需要在臨界區(qū)內(nèi)進(jìn)行部分操作后暫時(shí)釋放鎖，執(zhí)行一些非關(guān)鍵操作，然后再次鎖定的場(chǎng)景中很有用。如：

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

std::mutex mtx;

void work() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
    std::cout << "Entered critical section." << std::endl;
    // 執(zhí)行部分臨界區(qū)操作
    lock.unlock();
    std::cout << "Temporarily released the lock." << std::endl;
    // 執(zhí)行一些非關(guān)鍵操作
    lock.lock();
    std::cout << "Re - entered critical section." << std::endl;
    // 繼續(xù)執(zhí)行臨界區(qū)操作
}

int main() {
    std::thread t(work);
    t.join();
    return 0;
}

2.靈活性

1）std::lock_guard: 功能相對(duì)單一，缺乏靈活性。一旦創(chuàng)建，就會(huì)立即鎖定互斥鎖，并且在其生命周期內(nèi)無(wú)法手動(dòng)解鎖，只能在對(duì)象離開(kāi)作用域時(shí)自動(dòng)解鎖。

2）std::unique_lock：具有更高的靈活性。它支持三種鎖定策略：

std::defer_lock_t   // 延遲鎖定
std::try_to_lock_t  // 嘗試鎖定
std::adopt_lock_t   // 接管已鎖定狀態(tài)

延遲鎖定（std::defer_lock）：創(chuàng)建 std::unique_lock 對(duì)象時(shí)，可以選擇不立即鎖定互斥鎖。這在需要先進(jìn)行一些準(zhǔn)備工作，之后再鎖定互斥鎖的場(chǎng)景中非常有用。如：

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

std::mutex mtx;

void work() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx, std::defer_lock);
    // 進(jìn)行一些無(wú)需加鎖的準(zhǔn)備工作
    std::cout << "Doing some preparation work..." << std::endl;
    lock.lock();
    std::cout << "Critical section entered." << std::endl;
    // 臨界區(qū)代碼
    lock.unlock();
    std::cout << "Critical section exited." << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t(work);
    t.join();
    return 0;
}

嘗試鎖定（std::try_to_lock）：使用 std::try_to_lock 可以嘗試鎖定互斥鎖，如果互斥鎖當(dāng)前已被其他線程鎖定，std::unique_lock 對(duì)象不會(huì)阻塞，而是立即返回，可通過(guò) owns_lock() 方法判斷是否成功鎖定。如：

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

std::mutex mtx;

void work() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx, std::try_to_lock);
    if (lock.owns_lock()) {
        std::cout << "Successfully locked the mutex." << std::endl;
        // 臨界區(qū)代碼
    } else {
        std::cout << "Failed to lock the mutex, doing other work." << std::endl;
        // 執(zhí)行其他不需要鎖定互斥鎖的工作
    }
}

int main() {
    std::thread t(work);
    t.join();
    return 0;
}

3.所有權(quán)轉(zhuǎn)移

std::lock_guard：

不支持所有權(quán)轉(zhuǎn)移，即不能將一個(gè) std::lock_guard 對(duì)象的互斥鎖所有權(quán)轉(zhuǎn)移給另一個(gè)對(duì)象。

std::unique_lock：

支持所有權(quán)轉(zhuǎn)移，可以通過(guò)移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)或移動(dòng)賦值運(yùn)算符將互斥鎖的所有權(quán)從一個(gè) std::unique_lock 對(duì)象轉(zhuǎn)移到另一個(gè)對(duì)象。這在函數(shù)返回 std::unique_lock 對(duì)象或需要在不同作用域之間傳遞鎖的所有權(quán)時(shí)非常有用。

示例代碼如下：

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

std::mutex mtx;

std::unique_lock<std::mutex> getLock() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
    return std::move(lock);
}

void printMessage() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock = getLock();
    std::cout << "This message is protected by transferred unique_lock." << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t(printMessage);
    t.join();
    return 0;
}

4.可與條件變量配合使用

std::unique_lock 能夠與 std::condition_variable 一起使用，std::condition_variable 的 wait()、wait_for() 和 wait_until() 等方法要求傳入 std::unique_lock 對(duì)象，因?yàn)樵诘却陂g需要釋放和重新獲取鎖。

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

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;

void worker() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
    cv.wait(lock, []{ return ready; });
    std::cout << "Worker thread is working." << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t(worker);
    {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        ready = true;
    }
    cv.notify_one();
    t.join();
    return 0;
}

5.性能開(kāi)銷

std::lock_guard：

由于其功能簡(jiǎn)單，沒(méi)有額外的狀態(tài)管理，因此性能開(kāi)銷相對(duì)較小，適合用于簡(jiǎn)單的鎖定場(chǎng)景。

std::unique_lock：

為了支持更多的靈活性，std::unique_lock 需要維護(hù)更多的狀態(tài)信息，因此性能開(kāi)銷相對(duì)較大。在對(duì)性能要求極高且鎖定邏輯簡(jiǎn)單的場(chǎng)景下，使用 std::lock_guard 更為合適。

綜上所述，std::lock_guard 適用于簡(jiǎn)單的鎖定場(chǎng)景，追求簡(jiǎn)潔性和較低的性能開(kāi)銷；而 std::unique_lock 則適用于需要更復(fù)雜鎖定邏輯、支持所有權(quán)轉(zhuǎn)移的場(chǎng)景，但會(huì)帶來(lái)一定的性能開(kāi)銷。

到此這篇關(guān)于C++中unique_lock和lock_guard區(qū)別小結(jié)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++ unique_lock和lock_guard區(qū)別內(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！

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