目錄<mutex>std::call_once函數常式:使用call_once實現的單例模式std::mutex類 -- 獨占互斥鎖成員函數std::recursive_mutex類 -- 遞歸互斥鎖使用註意:描述:std::timed_mutex類 -- 超時互斥鎖描述:成員函數:std::rec ...
目錄
<mutex>
std::call_once函數
多線程操作過程中，std::call_once()內部的回調函數只會被執行一次
在某些特定情況下，某些函數只能在多線程環境下調用一次，比如：要初始化某個對象，而這個對象只能被初始化一次，就可以使用std::call_once()來保證函數在多線程環境下只能被調用一次。使用call_once()的時候，需要一個once_flag作為call_once()的傳入參數.
函數原型:
// 定義於頭文件 <mutex>,屬於std
template< class Callable, class... Args >
void call_once( std::once_flag& flag, Callable&& f, Args&&... args );
- flag：once_flag類型的對象，要保證這個對象能夠被多個線程同時訪問到
- f：回調函數，可以傳遞一個有名函數地址，也可以指定一個匿名函數
- args：作為實參傳遞給回調函數
常式:使用call_once實現的單例模式
#include<iostream>
#include<thread>
#include<mutex>
std::once_flag g_flag;
class Singleton {
public:
Singleton(const Singleton& s) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&s) = delete;
static Singleton* GetInstance() {
std::call_once(g_flag,[](){ std::cout<<"do once:"<<std::this_thread::get_id()<<"\n"; _instance = new Singleton; }); //成員函數中lambda預設隱式捕獲this
std::cout<<std::this_thread::get_id()<<"\n";
return _instance;
}
private:
Singleton(){};
static Singleton* _instance;
};
Singleton* Singleton::_instance = nullptr;
int main() {
std::thread t1(Singleton::GetInstance);
std::thread t2(Singleton::GetInstance);
std::thread t3(Singleton::GetInstance);
t1.join();
t2.join();
t3.join();
return 0 ;
}
註意:call_once在執行時會阻塞其他線程
std::call_once通過內部互斥器和原子操作來確保只有一個線程能夠進入初始化代碼區域。這意味著當多個線程等待執行某個需初始化的函數時，第一個獲得執行權的線程將會執行該函數，而其他線程則會等待。這種機制確保了初始化過程的線程安全性，避免了競態條件的發生。同時，std::call_once還處理了異常情況，如果在函數執行過程中拋出異常，則call_once不會認為該函數已經成功執行。這樣，後續的線程仍然可以嘗試進入執行，從而保證函數能夠成功被執行一次。
補充:
call_once實現的過程中使用了lambda表達式,而其中lambda表達式並未指明捕獲方式,一般來說未指明時lambda不會捕獲任何的外部變數.
但是為什麼在成員函數中lambda不指定捕獲類型卻能捕獲到成員變數呢?因為lambda在成員函數中隱式地捕獲了當前對象的this指針,因此能夠訪問到成員變數.
這種便利也帶來了一定的風險，因為在沒有顯式捕獲的情況下，lambda表達式對成員變數的修改可能會影響到對象的狀態,這點需要程式員註意.
std::mutex類 -- 獨占互斥鎖
解決多線程數據混亂的方案就是進行線程同步,最常用的就是互斥鎖.
C++11中一共提供了四種互斥鎖：
- std::mutex：獨占的互斥鎖，不能遞歸使用
- std::timed_mutex：帶超時的獨占互斥鎖，不能遞歸使用
- std::recursive_mutex：遞歸互斥鎖，不帶超時功能
- std::recursive_timed_mutex：帶超時的遞歸互斥鎖
互斥鎖在有些資料中也被稱之為互斥量.
這些鎖類都是不可拷貝,不可賦值
成員函數
-
void lock();
常用,阻塞上鎖
-
bool try_lock();
try_lock,嘗試上鎖,線程不阻塞,返回值能夠用於程式邏輯分支,即遇到鎖後可以做其他事.
常式:
#include<iostream> #include<thread> #include<cstdlib> #include<mutex> int g_val; std::mutex mtx; void other() { std::cout << "do other thing" << "\n"; } void func() { while (true) { _sleep(100); while (mtx.try_lock() == false) other(); std::cout << g_val++ << "\n"; mtx.unlock(); } } int main() { std::thread t1(func); std::thread t2(func); std::thread t3(func); }
-
void unlock();
解鎖
註意,必須要上了鎖的對象才有資格解鎖.其他對象解鎖程式會奔潰(mutex對象內會記錄上鎖線程的id,解鎖時會進行id判定.)
死鎖:
- 一個執行流連續上次上同一把鎖.
- 多個執行流互相等待對方解鎖
std::recursive_mutex類 -- 遞歸互斥鎖
遞歸,就是可以多次使用
遞歸互斥鎖std::recursive_mutex允許同一線程多次獲得互斥鎖，可以用來解決同一線程需要多次獲取互斥量時死鎖的問題
使用註意:
- 使用遞歸互斥鎖的場景往往都是可以簡化的，使用遞歸互斥鎖很容易放縱複雜邏輯的產生，從而導致bug的產生
- 遞歸互斥鎖比獨占互斥鎖實現複雜,考慮更多,因此比非遞歸互斥鎖效率要低一些。
- 遞歸互斥鎖雖然允許同一個線程多次獲得同一個互斥鎖的所有權，但最大次數並未具體說明，一旦超過一定的次數，就會拋出std::system錯誤。
描述:
遞歸互斥鎖,即同一個線程可以多次對該鎖進行加鎖操作.
形象來看,就是遞歸互斥鎖就是一扇門,線程是主人,一扇門對應一把鑰匙,主人能帶著鑰匙離開,能夠使用鑰匙重覆開門.具有記憶功能
而獨占互斥鎖沒有記憶功能,不能帶走鑰匙,用完離開後鎖就不認人了.
std::timed_mutex類 -- 超時互斥鎖
std::timed_mutex是超時獨占互斥鎖,體現在獲取互斥鎖資源時增加了兩個超時等待的函數.
因為不知道獲取鎖資源需要等待多長時間，為了保證不一直等待下去，設置了一個超時時長，超時後線程就可以解除阻塞去做其他事情了。
描述:
和mutex的try_lock一樣,只是try_lock不阻塞,try_lock_for會阻塞一定時長.
成員函數:
void lock();
bool try_lock();
void unlock();
// std::timed_mutex比std::_mutex多出的兩個成員函數
template <class Rep, class Period>
bool try_lock_for (const chrono::duration<Rep,Period>& rel_time);
template <class Clock, class Duration>
bool try_lock_until (const chrono::time_point<Clock,Duration>& abs_time);
- try_lock_for函數是當線程獲取不到互斥鎖資源的時候，讓線程阻塞一定的時間長度
- try_lock_until函數是當線程獲取不到互斥鎖資源的時候，讓線程阻塞到某一個指定的時間點
try_lock_for/until的返回值：
當得到互斥鎖的所有權之後，函數會馬上解除阻塞，返回true，如果阻塞的時長用完或者到達指定的時間點之後，函數也會解除阻塞，返回false
std::recursive_timed_mutex類
關於遞歸超時互斥鎖std::recursive_timed_mutex的使用方式和std::timed_mutex一樣,也是5個成員函數，只不過它可以允許一個線程多次獲得互斥鎖所有權，而std::timed_mutex只允許線程獲取一次互斥鎖所有權。
另外，遞歸超時互斥鎖std::recursive_timed_mutex也擁有和std::recursive_mutex一樣的弊端，不建議頻繁使用。
std::lock_guard模板類
RAII技術,守護鎖.
函數原型:
// 類的定義，定義於頭文件 <mutex>
template< class Mutex >
class lock_guard;
// 常用構造函數
explicit lock_guard( mutex_type& m );
lock_guard(const lock_guard&) = delete;
lock_guard& operator=(const lock_guard&) = delete;
std::unique_lock模板類
前面講到lock_guard能夠RAII,但是僅限於簡單的加鎖解鎖場景,因為lock_guard本身是不支持拷貝的,如果需要函數傳參,返回等情況下,lock_guard就無能為力了.
unique_lock就是為此而實現,一般與條件變數搭配使用.
成員方法
使用方法與mutex基本一樣
1. lock()
2. try_lock()
3. try_lock_for()
4. try_lock_until()
5. unlock()
