C++11并发学习之三：线程同步

1.<mutex> 头文件介绍

Mutex又称互斥量，C++ 11中与 Mutex 相关的类（包括锁类型）和函数都声明在 <mutex> 头文件中，所以如果你需要使用 std::mutex，就必须包含 <mutex> 头文件。

(1)Mutex系列类(四种)
std::mutex，最基本的 Mutex 类。
std::recursive_mutex，递归 Mutex 类。
std::time_mutex，定时 Mutex 类。

std::recursive_timed_mutex，定时递归 Mutex 类。

(2)Lock系列类（两种）
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。

(3)其他类型（结构体）

std::adopt_lock_t——它的常量对象定义为constexpr adopt_lock_t adopt_lock {};// constexpr 是 C++11 中的新关键字）
std::defer_lock_t——它的常量对象定义为constexpr defer_lock_t defer_lock {};// constexpr 是 C++11 中的新关键字）

std::try_to_lock_t——它的常量对象定义为constexpr try_to_lock_t try_to_lock {};// constexpr 是 C++11 中的新关键字）

(4)函数
std::try_lock，尝试同时对多个互斥量上锁。
std::lock，可以同时对多个互斥量上锁。

std::call_once，如果多个线程需要同时调用某个函数，call_once 可以保证多个线程对该函数只调用一次。

2.常用类型举例

(1)std::mutex类

☆构造函数，std::mutex不允许拷贝构造，也不允许 move 拷贝，最初产生的 mutex 对象是处于 unlocked 状态的。
☆lock()，调用线程将锁住该互斥量。线程调用该函数会发生下面 3 种情况：①如果该互斥量当前没有被锁住，则调用线程将该互斥量锁住，直到调用 unlock之前，该线程一直拥有该锁。②如果当前互斥量被其他线程锁住，则当前的调用线程被阻塞住。③如果当前互斥量被当前调用线程锁住，则会产生死锁(deadlock)。
☆unlock()，解锁，释放对互斥量的所有权。
☆try_lock()，尝试锁住互斥量，如果互斥量被其他线程占有，则当前线程也不会被阻塞。线程调用该函数也会出现下面 3 种情况：① 如果该互斥量当前没有被锁住，则该线程锁住互斥量，直到该线程调用 unlock 释放互斥量。②如果当前互斥量被其他线程锁住，则当前调用线程返回 false，而并不会被阻塞掉。③如果当前互斥量被当前调用线程锁住，则会产生死锁(deadlock)。

不论是lock()还是try_lock()都需要和unlock()配套使用，下面举例说明lock()和try_lock()的区别。

#include <thread>
#include <iostream>
#include <string>
#include <chrono>
#include <assert.h>
#include <mutex>
int counter=0;
std::mutex mtx;
void func()
{
for (int i=0; i<10000; ++i)
{
mtx.lock();
++counter;
mtx.unlock();
}
}
int main()
{
std::thread workerThreads[10];
for (int i=0; i<10; ++i)
{
workerThreads[i] = std::thread(func);
}
for (auto& workerThread : workerThreads)
{
workerThread.join();
}
std::cout << counter << " successful increases of the counter"<<std::endl;
return 0;
}

由于lock()的阻塞特性，所以每个线程都统计了10000次，一共是10*10000=100000次。

#include <thread>
#include <iostream>
#include <string>
#include <chrono>
#include <assert.h>
#include <mutex>
int counter=0;
std::mutex mtx;
void func()
{
for (int i=0; i<10000; ++i)
{
if (mtx.try_lock())
{
++counter;
mtx.unlock();
}
}
}
int main()
{
std::thread workerThreads[10];
for (int i=0; i<10; ++i)
{
workerThreads[i] = std::thread(func);
}
for (auto& workerThread : workerThreads)
{
workerThread.join();
}
std::cout << counter << " successful increases of the counter"<<std::endl;
return 0;
}

由于try_lock()的非阻塞特性，如果当前互斥量被其他线程锁住，则当前try_lock()返回 false，此时counter并不会增加1。所以这十个线程的统计结果具有随机性，下次运行程序时，统计值不一定是16191。

(2).std::lock_guard和std::unique_lock类

std::lock_guard使用起来比较简单，除了构造函数外没有其他成员函数。
std::unique_lock除了lock_guard的功能外，提供了更多的成员函数，相对来说更灵活一些。这些成员函数包括lock，try_lock，try_lock_for，try_lock_until、unlock等。

std::unique_lock::lock——用它所管理的Mutex对象的 lock 函数。

std::unique_lock::try_lock——用它所管理的Mutex对象的 try_lock函数。

std::unique_lock::unlock——用它所管理的Mutex对象的 unlock函数。

这两个类相比使用std::mutex的优势在于不用配对使用，无需担心忘记调用unlock而导致的程序死锁。

#include <thread>
#include <iostream>
#include <string>
#include <chrono>
#include <assert.h>
#include <mutex>
int counter=0;
std::mutex mtx;
void func()
{
for (int i=0; i<10000; ++i)
{
//将std::lock_guard替换成std::unique_lock，效果是一样的
std::lock_guard<std::mutex> lck (mtx);
++counter;
}
}
int main()
{
std::thread workerThreads[10];
for (int i=0; i<10; ++i)
{
workerThreads[i] = std::thread(func);
}
for (auto& workerThread : workerThreads)
{
workerThread.join();
}
std::cout << counter << " successful increases of the counter"<<std::endl;
return 0;
}

std::uniqure_lock构造函数的第二个参数可以是std::defer_lock，std::try_to_lock或std::adopt_lock

#include <thread>
#include <iostream>
#include <string>
#include <chrono>
#include <assert.h>
#include <mutex>
int counter=0;
std::mutex mtx;
void func()
{
for (int i=0; i<10000; ++i)
{
mtx.lock();
//注意此时Tag参数为std::adopt_lock表明当前线程已经获得了锁，
//此后mtx对象的解锁操作交由unique_lock对象lck来管理，在lck的生命周期结束之后，
//mtx对象会自动解锁。
std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx,std::adopt_lock);
++counter;
}
}
int main()
{
std::thread workerThreads[10];
for (int i=0; i<10; ++i)
{
workerThreads[i] = std::thread(func);
}
for (auto& workerThread : workerThreads)
{
workerThread.join();
}
std::cout << counter << " successful increases of the counter"<<std::endl;
return 0;
}

#include <chrono>
#include <assert.h>
#include <mutex>
int counter=0;
std::mutex mtx;
void func()
{
for (int i=0; i<10000; ++i)
{
//注意此时Tag参数为std::defer_lock表明当前线程没有获得了锁，
//需要通过lck的lock和unlock来加锁和解锁，
std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx,std::defer_lock);
lck.lock();
++counter;
lck.unlock();
}
}
int main()
{
std::thread workerThreads[10];
for (int i=0; i<10; ++i)
{
workerThreads[i] = std::thread(func);
}
for (auto& workerThread : workerThreads)
{
workerThread.join();
}
std::cout << counter << " successful increases of the counter"<<std::endl;
return 0;
}

参考链接：http://www.cnblogs.com/haippy/p/3346477.html

巴特西

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