转自princetengC++多线程——读写锁shared_lock/shared_mutex
何为读写锁
相比互斥锁,读写锁允许更高的并行性,互斥量要么锁住状态要么不加锁,而且一次只有一个线程可以加锁。
读写锁可以有三种状态:
- 读模式加锁状态;
- 写模式加锁状态;
- 不加锁状态;
只有一个线程可以占有写模式的读写锁,但是可以有多个线程占有读模式的读写锁。读写锁也叫做“共享-独占锁”,当读写锁以读模式锁住时,它是以共享模式锁住的;当它以写模式锁住时,它是以独占模式锁住的。
- 当读写锁处于写加锁状态时,在其解锁之前,所有尝试对其加锁的线程都会被阻塞;
- 当读写锁处于读加锁状态时,所有试图以读模式对其加锁的线程都可以得到访问权,但是如果想以写模式对其加锁,线程将阻塞。这样也有问题,如果读者很多,那么写者将会长时间等待,如果有线程尝试以写模式加锁,那么后续的读线程将会被阻塞,这样可以避免锁长期被读者占有。
shared_mutex
C++17起。
shared_mutex 类是一个同步原语,可用于保护共享数据不被多个线程同时访问。与便于独占访问的其他互斥类型不同,shared_mutex 拥有二个访问级别:共享 - 多个线程能共享同一互斥的所有权;独占性 - 仅一个线程能占有互斥。
- 若一个线程已经通过lock或try_lock获取独占锁(写锁),则无其他线程能获取该锁(包括共享的)。尝试获得读锁的线程也会被阻塞。
- 仅当任何线程均未获取独占性锁时,共享锁(读锁)才能被多个线程获取(通过 lock_shared 、try_lock_shared )。
- 在一个线程内,同一时刻只能获取一个锁(共享或独占性)。
成员函数主要包含两大类:排他性锁定(写锁)和共享锁定(读锁)。
排他性锁定
lock锁定互斥。若另一线程已锁定互斥,则lock的调用线程将阻塞执行,直至获得锁。若已以任何模式(共享或排他性)占有 mutex 的线程调用 lock ,则行为未定义。也就是说,已经获得读模式锁或者写模式锁的线程再次调用lock的话,行为是未定义的。注意:通常不直接使用std::shared_mutex::lock(),而是通过unique_lock或者lock_guard进行管理。
unlock解锁互斥。互斥必须为当前执行线程所锁定,否则行为未定义。如果当前线程不拥有该互斥还去调用unlock,那么就不知道去unlock谁,行为是未定义的。注意:通常不直接调用 unlock() 而是用 std::unique_lock 与 std::lock_guard 管理排他性锁定。
共享锁定
std::shared_mutex::lock_shared。相比mutex,shared_mutex还拥有lock_shared函数。该函数获得互斥的共享所有权。若另一线程以排他性所有权保有互斥,则lock_shared的调用者将阻塞执行,直到能取得共享所有权。若已以任何模式(排他性或共享)占有 mutex 的线程调用 lock_shared ,则行为未定义。即:当以读模式或者写模式拥有锁的线程再次调用lock_shared时,行为是未定义的,可能产生死锁。若多于实现定义最大数量的共享所有者已以共享模式锁定互斥,则 lock_shared 阻塞执行,直至共享所有者的数量减少。所有者的最大数量保证至少为 10000。注意:通常不直接调用 lock_shared() 而是用 std::shared_lock 管理共享锁定。shared_lock与unique_lock的使用方法类似。
std::shared_mutex::unlock_shared。将互斥从调用方线程的共享所有权释放。当前执行线程必须以共享模式锁定互斥,否则行为未定义。通常不直接调用 unlock_shared() 而是用 std::shared_lock 管理共享锁定。
shared_lock
C++14起。
类 shared_lock 是通用共享互斥所有权包装器(unique_lock则是独占互斥所有权包装器),允许延迟锁定、定时锁定和锁所有权的转移。锁定 shared_lock,会以共享模式锁定关联的共享互斥(std::unique_lock 可用于以排他性模式锁定)。**
****
- std::shared_lock
::lock 以共享模式锁定关联互斥。等效于调用 mutex()->lock_shared(); - std::shared_lock
::try_lock 尝试以共享模式锁定关联互斥而不阻塞。等效于调用 mutex()->try_lock_shared()。若无关联互斥,或互斥已被锁定,则抛出 std::system_error 。 - std::shared_lock
::unlock 从共享模式解锁关联互斥。等效于调用 mutex()->unlock_shared()。
示例
1 #include <iostream>
2 #include <mutex> //unique_lock
3 #include <shared_mutex> //shared_mutex shared_lock
4 #include <thread>
5
6 std::mutex mtx;
7
8 class ThreadSaferCounter
9 {
10 private:
11 mutable std::shared_mutex mutex_;
12 unsigned int value_ = 0;
13 public:
14 ThreadSaferCounter(/* args */) {};
15 ~ThreadSaferCounter() {};
16
17 unsigned int get() const {
18 //读者, 获取共享锁, 使用shared_lock
19 std::shared_lock<std::shared_mutex> lck(mutex_);//执行mutex_.lock_shared();
20 return value_; //lck 析构, 执行mutex_.unlock_shared();
21 }
22
23 unsigned int increment() {
24 //写者, 获取独占锁, 使用unique_lock
25 std::unique_lock<std::shared_mutex> lck(mutex_);//执行mutex_.lock();
26 value_++; //lck 析构, 执行mutex_.unlock();
27 return value_;
28 }
29
30 void reset() {
31 //写者, 获取独占锁, 使用unique_lock
32 std::unique_lock<std::shared_mutex> lck(mutex_);//执行mutex_.lock();
33 value_ = 0; //lck 析构, 执行mutex_.unlock();
34 }
35 };
36 ThreadSaferCounter counter;
37 void reader(int id){
38 while (true)
39 {
40 std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
41 std::unique_lock<std::mutex> ulck(mtx);//cout也需要锁去保护, 否则输出乱序
42 std::cout << "reader #" << id << " get value " << counter.get() << "n";
43 }
44 }
45
46 void writer(int id){
47 while (true)
48 {
49 std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
50 std::unique_lock<std::mutex> ulck(mtx);//cout也需要锁去保护, 否则输出乱序
51 std::cout << "writer #" << id << " write value " << counter.increment() << "n";
52 }
53 }
54
55 int main()
56 {
57 std::thread rth[10];
58 std::thread wth[10];
59 for(int i=0; i<10; i++){
60 rth[i] = std::thread(reader, i+1);
61 }
62 for(int i=0; i<10; i++){
63 wth[i] = std::thread(writer, i+1);
64 }
65
66 for(int i=0; i<10; i++){
67 rth[i].join();
68 }
69 for(int i=0; i<10; i++){
70 wth[i].join();
71 }
72 return 0;
73 }
原文链接: https://www.cnblogs.com/chen-cs/p/13065948.html
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