【C++多线程编程:六种锁】

server/2025/1/11 10:11:18/

目录

普通互斥锁: 

轻量级锁

独占锁:

std::lock_guard:

std::unique_lock: 

共享锁:

超时的互斥锁

递归锁


普通互斥锁: 

std::mutex确保任意时刻只有一个线程可以访问共享资源,在多线程中常用于保护共享资源。

互斥锁的实现示例:

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>std::mutex Mutex;
int shared_source = 1;void Shared_data()
{//获取锁Mutex.lock();shared_source++;std::cout << "shared_source : " << shared_source <<" by thread :"<<std::this_thread::get_id()<< std::endl;//锁释放Mutex.unlock();
}
int main()
{std::thread thread1(Shared_data);std::thread thread2(Shared_data);thread1.join();thread2.join();return 0;
}

在实际使用的过程中,如果容易忘记对锁进行释放,可以使用std::unique_lock和std::lock_guard安全的管理锁的释放。 

轻量级锁

在C++中,轻量级锁通常指的是一些开销较小,性能较高的锁机制,C++并没有直接提供“轻量级锁”的概念,可以通过一个自旋锁来达到实现轻量级锁的目的。

适用场景:竞争不激烈,比如在大多数时间里中有一个线程需要访问临界区的情况。但如果竞争激烈会导致CUP资源的浪费(CPU自旋),降低性能。

自旋锁:一种简单的锁机制,当线程尝试获取锁时,如果锁已被其他线程占用,则当前线程会不断地循环等待,直到锁可用

自旋锁的示例:

#include <iostream>
#include <thread>
#include <atomic>std::atomic<bool>spinlock(false);void spin_lock()
{while (spinlock.exchange(true, std::memory_order_acquire)){//如果锁被占用则一直自旋,等待锁可用}
}void spin_unlock()
{spinlock.store(false, std::memory_order_release);//释放锁,并将锁的状态写入内存中
}
void critical_section()
{spin_lock();std::cout << "mutex acquire by thread : " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
//	std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));spin_unlock();//锁释放
}
int main()
{std::thread t1(critical_section);std::thread t2(critical_section);t1.join();t2.join();return 0;
}

独占锁:

std::unique_lock和std::lock_guard都是cpp标准库提供的管理互斥锁的类,他们都提供了自动锁和解锁的功能。但二者存在一些关键区别:

std::lock_guard:

  • std::lock_guard并不是一种锁,而是一个作用域锁管理,一个能管理锁生命周期的工具,用于简化互斥锁的使用,确保在作用域结束后自动释放锁,避免死锁问题
  • 自动加锁和解锁:在构造时自动加锁,在析构时自动解锁,不需要显示的调用加锁和解锁的方法
  • 不支持条件变量配合使用:条件变量需要可以临时释放锁并重新获取锁,但是lock_guard并没有提供unlock().
  • 使用场景:适用于不需要显示控制加锁和解锁的场景,或者不需要与条件变量配合使用的场景,适用于在某个作用域中同步访问共享资源的场景

lock_guard示例:

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>std::mutex mtx;
int shared_data = 0;void worker()
{std::lock_guard<std::mutex>lock(mtx);//自动加锁shared_data++;std::cout << "shared_data ++ by thread : " << std::this_thread::get_id() << std::endl;//自动解锁,无需显示调用unlock()
}
int main()
{std::thread t1(worker);std::thread t2(worker);t1.join();t2.join();return 0;
}

std::unique_lock: 

  • std::unique_lock本身不是一种锁,而是一个可选的互斥锁管理器,提供了对互斥锁的更加灵活的控制方式
  • 显示加锁和解锁:提供了lock()和unlock()方法,可以显示的加锁和解锁,也可以在构造时自动加锁
  • 可以与条件变量配合
  • 自动管理锁的生命周期,避免了因忘记解锁而导致的死锁问题
  • 使用场景:需要显示控制加锁和解锁时机,或者需要和条件变量配合使用的场景

unique_lock实例:

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>std::mutex mtx;
int shared_data = 0;
char str = 'a';//不显示调用加解锁,自动加锁和解锁
void worker()
{std::unique_lock<std::mutex>lock(mtx);//defer_lock =>延迟锁定操作,需要在特定的时机才锁定互斥锁shared_data += 1;std::cout << "shared_data ++ :" << shared_data << " ,by thread : " << std::this_thread::get_id() << std::endl;std::cout << "str: " << str++ << " ,by thread: " << std::this_thread::get_id() << std::endl;}
//显示调用加锁和解锁
void worker()
{std::unique_lock<std::mutex>lock(mtx,std::defer_lock);//defer_lock =>延迟锁定操作,需要在特定的时机才锁定互斥锁shared_data+=1;std::cout << "shared_data ++ :"<<shared_data<<" ,by thread : " << std::this_thread::get_id() << std::endl;lock.lock();//延迟锁定std::cout << "str: " << str++ <<" ,by thread: "<< std::this_thread::get_id() << std::endl;lock.unlock();//显示解锁
}int main()
{std::thread t1(worker);std::thread t2(worker);t1.join();t2.join();return 0;
}

独占锁与mutex相比,更加的安全,它可以避免忘记手动解锁,会在其作用域结束时自动的释放锁  

共享锁:

在C++中,共享锁允许多个线程共享读取资源,但在写入资源时只允许一个线程写入数据,要求独占锁。当某个线程获取了独占锁时,其他线程无法获取任何形式地锁,而当多个线程获取共享锁时,他们可以同时读取共享资源

使用场景:适用于读多写少的场景下,能有效提高多线程程序的性能

示例:

#include <iostream>
#include <thread>
#include <shared_mutex>std::shared_mutex mtx;
int shared_data = 0;
void read_data()
{//获取共享锁std::shared_lock <std::shared_mutex> lock(mtx);std::cout << "Reading data : " << shared_data << std::endl;
}
void write_data()
{//获取独占锁std::unique_lock<std::shared_mutex>lock(mtx);shared_data = 24;std::cout << "Writing data : " << shared_data << std::endl;
}
int main()
{std::thread t1(read_data);std::thread t2(read_data);std::thread t3(write_data);t1.join();t2.join();t3.join();return 0;
}

超时的互斥锁

C++标准库提供了timed_mutex来实现该功能,支持超时机制,当线程尝试获取锁时,可以指定一个超时时间,如果在该时间内无法获取锁,线程将返回并继续执行其他任务。通过使用超时互斥锁,可以有效的避免线程在等待锁时无限地阻塞,提高程序地响应和稳定性 

示例: 

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <chrono>//超时锁
//C++标准库提供的互斥锁之一,支持在尝试获取锁时设置超时时间
std::timed_mutex mtx;void function_time()
{//在1s内获取锁//try_lock_for在指定时间内获取锁,成功返回true,失败则false//参数chrono是一个时间间隔类型的一个域if (mtx.try_lock_for(std::chrono::seconds(1))){std::cout << "Lock acquired " << std::endl;//模拟耗时操作//在当前线程休眠这2s内,其他线程无法获取该锁//所以当t2尝试获取锁时,t1持有锁并休眠2s,当锁释放后,t2锁获取超时std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));mtx.unlock();//释放锁}else{std::cout << "Fail to acquire lock within 1s" << std::endl;}
}
int main()
{//主线程创建的这俩线程几乎同时开始执行function_time函数std::thread t1(function_time);std::thread t2(function_time);t1.join();t2.join();return 0;
}

递归锁

递归锁:同一个线程多次获取同一把锁,而不会导致死锁。cpp中没有直接提供递归锁的实现,但是可以通过reecursive_mutex来实现递归锁的功能。

reecursive_mutex:一个可重入的互斥锁,允许同一个线程多次调用lock或try_lock来获取锁,不会导致死锁。

使用场景:需要在同一个线程中多次获取锁的场景

递归锁示例:

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>std::recursive_mutex mtx;void function(int n)//递归
{if (n > 0){mtx.lock();std::cout << "lock acquired by thread : " << std::this_thread::get_id() << " n ; " << n << std::endl;function(n - 1);mtx.unlock();}}int main()
{std::thread t1(function,3);std::thread t2(function,2);t1.join();t2.join();return 0;
}


http://www.ppmy.cn/server/157436.html

相关文章

常见的图形库对比 Echarts Highcharts AntV

图形库 图形库特点图表类型适用场景依赖项官网/文档ECharts功能丰富&#xff0c;支持大规模数据&#xff0c;交互性强折线图、柱状图、饼图、地图、雷达图、散点图、热力图等复杂数据可视化无https://echarts.apache.org/Chart.js简单易用&#xff0c;轻量级&#xff0c;支持响…

C++ STL 中的 `unordered_map` 和 `unordered_set` 总结

1. unordered_map unordered_map 是一个基于哈希表实现的容器&#xff0c;存储键值对&#xff08;key-value&#xff09;&#xff0c;每个键必须唯一&#xff0c;可以快速插入、删除、查找。 基本特性 存储结构&#xff1a;键值对 (key-value)。键唯一性&#xff1a;每个键在…

netty解码器LengthFieldBasedFrameDecoder用法详解

Netty Netty是一个高性能、异步事件驱动的网络应用程序框架,它提供了对并发和异步编程的抽象,使得开发网络应用程序变得更加简单和高效。 在Netty中,EventLoopGroup是处理I/O操作的多线程事件循环器。在上面的示例中,我们创建了两个EventLoopGroup实例:bossGroup和worker…

OSPF - 影响OSPF邻居建立的因素

总结为这么10种 routerID 冲突区域id不一致认证MA网络掩码需一致区域类型(特殊区域)hello、dead时间MTU(如果开启检查)静默接口网络类型不匹配MA网络中路由器接口优先级全为0 如何建立邻居可以查看上一篇文章&#xff0c;可以直接专栏找&#xff08;&#x1f92b;挂链接会没流…

排序:插入、选择、交换、归并排序

排序 &#xff1a;所谓排序&#xff0c;就是使一串记录&#xff0c;按照其中的某个或某些关键字的大小&#xff0c;递增或递减的排列起来的操作。 稳定性 &#xff1a;假定在待排序的记录序列中&#xff0c;存在多个具有相同的关键字的记录&#xff0c;若经过排序&#xff0c;…

代码管理助手-Git

前言 Git 是一个版本控制系统&#xff0c;可以帮助你记录文件的每一次修改。这样&#xff0c;如果你在编程时不小心把代码写错了&#xff0c;可以很容易地回退到之前的版本。最重要的是&#xff0c;Git 是完全免费的&#xff0c;用户可以在自己的计算机上安装和使用 Git&#x…

win10 ubuntu 使用Android ndk 问题:clang-14: Exec format error

1.问题 手头没有ubuntu&#xff0c;打算用一个轻量级ubuntu 安装Android ndk编译c程序&#xff0c;但是报错了&#xff0c;报错如下&#xff1a; clang-14: cannot execute binary file: Exec format error 2.原因 在某些情况下&#xff0c;可以使用 patchelf 工具来更改ELF…

Hadoop集群之间实现免密登录

实现虚拟机之间能够互相登录&#xff0c;比如可以在hadoop1上面登录hadoop2。 第一步&#xff1a;执行”ssh-keygen -t rsa”命令&#xff0c;生成该虚拟机的密钥 第二步&#xff1a;密钥文件存储在/root/.ssh目录&#xff0c;执行cd /root/.ssh命令进入存储密钥文件的目录&am…