1. RAII锁管理类

借助对象实现构造时可自动加锁，析构时自动解锁，并通过{ }控制锁的临界区

1.1 互斥锁管理类lock_guard(C++11)

关键词标记：

  • adopt_lock标记/adopt_lock_t标记(C++11)，用于手动加锁后，想让RAII工具接管解锁的场景，此时不需要再次手动释放锁

1.2 互斥锁管理类unique_lock(C++11)

关键词标记：

  • adopt_lock标记/adopt_lock_t标记(C++11)

  • defer_lock延后拥有，只有再次手动上锁后才拥有锁，如果未拥有锁，则出栈区不释放。当unique_lock作为成员变量时需要使用此标记

  • try_to_lock尝试获取锁，不阻塞，获取失败退出栈区不释放

特点：

  • 可以调用unlock()和lock()来临时解锁和上锁

  • 可以调用owns_lock()来判断是否拥有锁，拥有则返回true

  • 比lock_guard更加灵活，但是效率、内存占用差一些，同时支持移动构造

1.3 共享锁管理类shared_lock(C++14)

特点：

  • 构造时会自动调用共享锁的lock_shared()即读锁，析构会调用unlock_shared()，因此shared_lock只能管理读锁部分

  • 想要管理写锁部分需要使用unique_lock类，但是unique_lock和shared_lock需要传入同一个共享锁shared_mutex/shared_timed_mutex

  • 支持移动构造

1.4 多个互斥锁管理类scoped_lock(C++17)

适用场景

static std::mutex mux1;
static std::mutex mux2;

void Scope1
{
    mux1.lock();
    mux2.lock();

    mux1.unlock();
    mux2.unlock();
}

void Scope2
{
    mux2.lock();
    mux1.lock();

    mux1.unlock();
    mux2.unlock();
}

两个线程可能形成死锁，此时需要借助lock(mux1,mux2)函数(C++11)或者scoped_lock类(C++17)来避免死锁

特点：

  • 可同时管理多个锁，它会尝试按顺序获取每个锁。如果在尝试获取下一个锁时失败，它会释放所有已经获取的锁，稍后再重试，以此避免死锁

  • 原理类似lock(mux1,mux2)函数

2. 条件变量

生产者—消费者模型：

  • 生产者和消费者共享资源变量
  • 生产者生产一个产品，通知消费者消费
  • 消费者阻塞等待信号，获取信号后消费产品

定义

std::condition_variable cv;
std::mutex mux;

写线程

{
    // 获取锁资源
    std::unique_lock lock(mux);
    // 写入数据
    msgs_.push_back(data);
    // 释放锁资源
}
// 通知一个等待信号线程
cv.notify_one();
// 通知所有等待信号线程
// cv.notify_all();

读线程

// 获取锁资源，这里加锁是condition_variable的硬性语义要求
std::unique_lock lock(mux);
// 释放锁资源,并阻塞等待notify_one notify_all通知
cv.wait(lock);
// 处理数据
msgs_.front();
msgs_.pop_front();

成员方法：

  • wait(lck)会原子地执行以下步骤：释放锁资源、阻塞当前线程、被唤醒后重新加锁、返回

  • wait(lck, pred)，其中pred可以写入lambda函数，用于返回判断条件，它的源码如下

template <class _Predicate>
void wait(unique_lock<mutex>& _Lck, _Predicate _Pred) 
{
    while (!_Pred()) { 
        wait(_Lck);
    }
}

真正执行的步骤如下：

  1. 首先判断pred是否为真，如果为真，则条件满足，无需调用wait(lck)，也就无需等待通知，直接处理
  2. 如果pred为假，则调用wait(lck)，释放锁资源、阻塞当前线程、被唤醒后重新加锁、返回。然后再次判断pred是否为真。如果为真则处理任务；如果为假则继续重复本过程

关键总结：

  1. 通知并不是让线程继续执行而是提醒线程可以再检查一次条件
  2. 如果条件已经满足便绝不等待，无需等待通知

注意：

  • pred写入的lambda函数中需要添加退出条件，以防止线程一直阻塞，无法退出

cv.wait(lock,[this]{
    if(is_exit())
    {
        return true;
    }
    return !list_.empty();
});