淺談c++11線程的互斥量

更新時(shí)間：2021年06月08日 15:22:52 作者：lsgxeva

互斥量是個(gè)類對(duì)象，理解成一把鎖（保護(hù)共享數(shù)據(jù)，其他想操作共享數(shù)據(jù)的線程必須等待解鎖），互斥量使用要小心，保護(hù)數(shù)據(jù)不多也不少，少了則沒達(dá)到保護(hù)效果，多了則影響效率。本文將介紹c++11線程的互斥量，感興趣的同學(xué)，可以參考下。

為什么需要互斥量

在多任務(wù)操作系統(tǒng)中，同時(shí)運(yùn)行的多個(gè)任務(wù)可能都需要使用同一種資源。這個(gè)過程有點(diǎn)類似于，公司部門里，我在使用著打印機(jī)打印東西的同時(shí)（還沒有打印完），別人剛好也在此刻使用打印機(jī)打印東西，如果不做任何處理的話，打印出來的東西肯定是錯(cuò)亂的。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include <iostream>
#include <string>
#include <chrono>
#include <thread>

// 打印機(jī)
void printer(const char *str)
{
    while(*str != '\0')
    {
        std::cout << *str;
        str++;
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));
    }
    std::cout << std::endl;
}

// 線程一
void func1()
{
    const char *str = "hello";
    printer(str);
}

// 線程二
void func2()
{
    const char *str = "world";
    printer(str);
}


void mytest()
{
    std::thread t1(func1);
    std::thread t2(func2);

    t1.join();
    t2.join();

    return;
}

int main()
{
    mytest();

    system("pause");
    return 0;
}

獨(dú)占互斥量std::mutex

互斥量的基本接口很相似，一般用法是通過lock()方法來阻塞線程，直到獲得互斥量的所有權(quán)為止。在線程獲得互斥量并完成任務(wù)之后，就必須使用unlock()來解除對(duì)互斥量的占用，lock()和unlock()必須成對(duì)出現(xiàn)。try_lock()嘗試鎖定互斥量，如果成功則返回true, 如果失敗則返回false，它是非阻塞的。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include <iostream>
#include <string>
#include <chrono>
#include <thread>
#include <mutex>

std::mutex g_lock; //全局互斥鎖對(duì)象，#include <mutex>

// 打印機(jī)
void printer(const char *str)
{
    g_lock.lock(); //上鎖
    while(*str != '\0')
    {
        std::cout << *str;
        str++;
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));
    }
    std::cout << std::endl;
    g_lock.unlock(); // 解鎖
}

// 線程一
void func1()
{
    const char *str = "hello";
    printer(str);
}

// 線程二
void func2()
{
    const char *str = "world";
    printer(str);
}


void mytest()
{
    std::thread t1(func1);
    std::thread t2(func2);

    t1.join();
    t2.join();

    return;
}

int main()
{
    mytest();

    system("pause");
    return 0;
}

使用std::lock_guard可以簡(jiǎn)化lock/unlock的寫法，同時(shí)也更安全，因?yàn)閘ock_guard在構(gòu)造時(shí)會(huì)自動(dòng)鎖定互斥量，而在退出作用域后進(jìn)行析構(gòu)時(shí)就會(huì)自動(dòng)解鎖，從而避免忘了unlock操作。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include <iostream>
#include <string>
#include <chrono>
#include <thread>
#include <mutex>

std::mutex g_lock; //全局互斥鎖對(duì)象，#include <mutex>

// 打印機(jī)
void printer(const char *str)
{
    std::lock_guard<std::mutex> locker(g_lock); // lock_guard 上鎖
    while(*str != '\0')
    {
        std::cout << *str;
        str++;
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));
    }
    std::cout << std::endl;
    // 即將推出作用域 lock_guard 會(huì)自動(dòng)解鎖
}

// 線程一
void func1()
{
    const char *str = "hello";
    printer(str);
}

// 線程二
void func2()
{
    const char *str = "world";
    printer(str);
}


void mytest()
{
    std::thread t1(func1);
    std::thread t2(func2);

    t1.join();
    t2.join();

    return;
}

int main()
{
    mytest();

    system("pause");
    return 0;
}

原子操作

所謂的原子操作，取的就是“原子是最小的、不可分割的最小個(gè)體”的意義，它表示在多個(gè)線程訪問同一個(gè)全局資源的時(shí)候，能夠確保所有其他的線程都不在同一時(shí)間內(nèi)訪問相同的資源。也就是他確保了在同一時(shí)刻只有唯一的線程對(duì)這個(gè)資源進(jìn)行訪問。這有點(diǎn)類似互斥對(duì)象對(duì)共享資源的訪問的保護(hù)，但是原子操作更加接近底層，因而效率更高。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include <iostream>
#include <string>
#include <chrono>
#include <thread>

//全局的結(jié)果數(shù)據(jù)
long total = 0;

//點(diǎn)擊函數(shù)
void func()
{
    for(int i = 0;  i < 1000000; ++i)
    {
        // 對(duì)全局?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行無鎖訪問
        total += 1;
    }
}


void mytest()
{
    clock_t start = clock();    // 計(jì)時(shí)開始

    //線程
    std::thread t1(func);
    std::thread t2(func);

    t1.join();
    t2.join();

    clock_t end = clock();    // 計(jì)時(shí)結(jié)束

    std::cout << "total = " << total << std::endl;
    std::cout << "time = " << end-start << " ms" << std::endl;


    return;
}

int main()
{
    mytest();

    system("pause");
    return 0;
}

由于線程間對(duì)數(shù)據(jù)的競(jìng)爭(zhēng)而導(dǎo)致每次運(yùn)行的結(jié)果都不一樣。因此，為了防止數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)問題，我們需要對(duì)total進(jìn)行原子操作。

通過互斥鎖進(jìn)行原子操作：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include <iostream>
#include <string>
#include <chrono>
#include <thread>
#include <mutex>

std::mutex g_lock;

//全局的結(jié)果數(shù)據(jù)
long total = 0;

//點(diǎn)擊函數(shù)
void func()
{
    for(int i = 0;  i < 1000000; ++i)
    {
        g_lock.lock(); // 加鎖
        total += 1;
        g_lock.unlock(); // 加鎖
    }
}


void mytest()
{
    clock_t start = clock();    // 計(jì)時(shí)開始

    //線程
    std::thread t1(func);
    std::thread t2(func);

    t1.join();
    t2.join();

    clock_t end = clock();    // 計(jì)時(shí)結(jié)束

    std::cout << "total = " << total << std::endl;
    std::cout << "time = " << end-start << " ms" << std::endl;


    return;
}

int main()
{
    mytest();

    system("pause");
    return 0;
}

每次運(yùn)行的結(jié)果都一樣，只是耗時(shí)長點(diǎn)。

在新標(biāo)準(zhǔn)C++11，引入了原子操作的概念。

如果我們?cè)诙鄠€(gè)線程中對(duì)這些類型的共享資源進(jìn)行操作，編譯器將保證這些操作都是原子性的，也就是說，確保任意時(shí)刻只有一個(gè)線程對(duì)這個(gè)資源進(jìn)行訪問，編譯器將保證多個(gè)線程訪問這個(gè)共享資源的正確性。從而避免了鎖的使用，提高了效率。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include <iostream>
#include <string>
#include <chrono>
#include <thread>
#include <atomic>

//原子數(shù)據(jù)類型
std::atomic<long> total(0); //需要頭文件 #include <atomic>

//點(diǎn)擊函數(shù)
void func()
{
    for(int i = 0;  i < 1000000; ++i)
    {
        // 
        total += 1;
    }
}


void mytest()
{
    clock_t start = clock();    // 計(jì)時(shí)開始

    //線程
    std::thread t1(func);
    std::thread t2(func);

    t1.join();
    t2.join();

    clock_t end = clock();    // 計(jì)時(shí)結(jié)束

    std::cout << "total = " << total << std::endl;
    std::cout << "time = " << end-start << " ms" << std::endl;


    return;
}

int main()
{
    mytest();

    system("pause");
    return 0;
}

原子操作的實(shí)現(xiàn)跟普通數(shù)據(jù)類型類似，但是它能夠在保證結(jié)果正確的前提下，提供比mutex等鎖機(jī)制更好的性能。

以上就是淺談c++11線程的互斥量的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于c++11線程的互斥量的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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