C++11中的各种mutex, lock对象，实际上都是对posix的mutex，condition的封装。不过里面也有很多细节值得学习。
std::mutex
先来看下std::mutex：
包增了一个pthread_mutex_t __m_，很简单，每个函数该干嘛就干嘛。
C++ class mutex { pthread_mutex_t __m_; public: mutex() _NOEXCEPT {__m_ = (pthread_mutex_t)<strong>PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER</strong>;} ~mutex(); private: mutex(const mutex&);// = delete; mutex& operator=(const mutex&);// = delete; public: void lock(); bool try_lock() _NOEXCEPT; void unlock() _NOEXCEPT; typedef pthread_mutex_t* native_handle_type; _LIBCPP_INLINE_VISIBILITY native_handle_type native_handle() {return &__m_;} }; mutex::~mutex() { pthread_mutex_destroy(&__m_); } void mutex::lock() { int ec = pthread_mutex_lock(&__m_); if (ec) __throw_system_error(ec, "mutex lock failed"); } bool mutex::try_lock() _NOEXCEPT { return pthread_mutex_trylock(&__m_) == 0; } void mutex::unlock() _NOEXCEPT { int ec = pthread_mutex_unlock(&__m_); (void)ec; assert(ec == 0); } |
三种锁状态：std::defer_lock, std::try_to_lock, std::adopt_lock
这三个是用于标识锁在传递到一些包装类时，锁的状态：
std::defer_lock，还没有获取到锁
std::try_to_lock，在包装类构造时，尝试去获取锁
std::adopt_lock，调用者已经获得了锁
这三个东东，实际上是用于偏特化的，是三个空的struct：
struct defer_lock_t {};
struct try_to_lock_t {};
struct adopt_lock_t {};
constexpr defer_lock_t defer_lock = defer_lock_t();
constexpr try_to_lock_t try_to_lock = try_to_lock_t();
constexpr adopt_lock_t adopt_lock = adopt_lock_t();
在下面的代码里，就可以看到这三个东东是怎么用的了。
std::lock_guard
这个类比较重要，因为我们真正使用lock的时候，大部分都是要用这个。
这个类其实很简单：
在构造函数里调用 mutext.lock()，
在释构函数里，调用了mutex.unlock() 函数。
因为C++会在函数抛出异常时，自动调用作用域内的变量的析构函数，所以使用std::lock_guard可以在异常时自动释放锁，这就是为什么要避免直接使用mutex的函数，而是要用std::lock_guard的原因了。
template class lock_guard { public: typedef _Mutex mutex_type; private: mutex_type& __m_; public: explicit lock_guard(mutex_type& __m) : __m_(__m) {__m_.lock();} lock_guard(mutex_type& __m, adopt_lock_t) : __m_(__m) {} ~lock_guard() {__m_.unlock();} private: lock_guard(lock_guard const&);// = delete; lock_guard& operator=(lock_guard const&);// = delete; }; |
注意，std::lock_guard的两个构造函数，当只传递mutex时，会在构造函数时调用mutext.lock()来获得锁。
当传递了adopt_lock_t时，说明调用者已经拿到了锁，所以不再尝试去获得锁。
std::unique_lock
unique_lock实际上也是一个包装类，起名为unique可能是和std::lock函数区分用的。
注意，多了一个owns_lock函数和release()函数，这两个在std::lock函数会用到。
owns_lock函数用于判断是否拥有锁；
release()函数则放弃了对锁的关联，当析构时，不会去unlock锁。
再看下unique_lock的实现，可以发现，上面的三种类型就是用来做偏特化用的：
template class unique_lock { public: typedef _Mutex mutex_type; private: mutex_type* __m_; bool __owns_; public: unique_lock() _NOEXCEPT : __m_(nullptr), __owns_(false) {} explicit unique_lock(mutex_type& __m) : __m_(&__m), __owns_(true) {__m_->lock();} unique_lock(mutex_type& __m, defer_lock_t) _NOEXCEPT : __m_(&__m), __owns_(false) {} unique_lock(mutex_type& __m, try_to_lock_t) //偏特化 : __m_(&__m), __owns_(__m.try_lock()) {} unique_lock(mutex_type& __m, adopt_lock_t) //偏特化 : __m_(&__m), __owns_(true) {} template unique_lock(mutex_type& __m, const chrono::time_point& __t) : __m_(&__m), __owns_(__m.try_lock_until(__t)) {} template unique_lock(mutex_type& __m, const chrono::duration& __d) : __m_(&__m), __owns_(__m.try_lock_for(__d)) {} ~unique_lock() { if (__owns_) __m_->unlock(); } private: unique_lock(unique_lock const&); // = delete; unique_lock& operator=(unique_lock const&); // = delete; public: unique_lock(unique_lock&& __u) _NOEXCEPT : __m_(__u.__m_), __owns_(__u.__owns_) {__u.__m_ = nullptr; __u.__owns_ = false;} unique_lock& operator=(unique_lock&& __u) _NOEXCEPT { if (__owns_) __m_->unlock(); __m_ = __u.__m_; __owns_ = __u.__owns_; __u.__m_ = nullptr; __u.__owns_ = false; return *this; } void lock(); bool try_lock(); template bool try_lock_for(const chrono::duration& __d); template bool try_lock_until(const chrono::time_point& __t); void unlock(); void swap(unique_lock& __u) _NOEXCEPT { _VSTD::swap(__m_, __u.__m_); _VSTD::swap(__owns_, __u.__owns_); } mutex_type* release() _NOEXCEPT { mutex_type* __m = __m_; __m_ = nullptr; __owns_ = false; return __m; } bool owns_lock() const _NOEXCEPT {return __owns_;} operator bool () const _NOEXCEPT {return __owns_;} mutex_type* mutex() const _NOEXCEPT {return __m_;} }; |
std::lock和std::try_lock函数
上面的都是类对象，这两个是函数。
std::lock和std::try_lock函数用于在同时使用多个锁时，防止死锁。这个实际上很重要的，因为手写代码来处理多个锁的同步问题，很容易出错。
要注意的是std::try_lock函数的返回值：
当成功时，返回-1；
当失败时，返回第几个锁没有获取成功，以0开始计数；
首先来看下只有两个锁的情况，代码虽然看起来比较简单，但里面却有大文章：
template void lock(_L0& __l0, _L1& __l1) { while (true) { { unique_lock __u0(__l0); if (__l1.try_lock()) //已获得锁l0，再尝试获取l1 { __u0.release(); //l0和l1都已获取到，因为unique_lock在释构时会释放l0，所以要调用release()函数，不让它释放l0锁。 break; } }//如果同时获取l0,l1失败，这里会释放l0。 sched_yield(); //把线程放到同一优先级的调度队列的尾部，CPU切换到其它线程执行 { unique_lock __u1(__l1); //因为上面尝试先获取l1失败，说明有别的线程在持有l1，那么这次先尝试获取锁l1（只有前面的线程释放了，才可能获取到） if (__l0.try_lock()) { __u1.release(); break; } } sched_yield(); } } template int try_lock(_L0& __l0, _L1& __l1) { unique_lock __u0(__l0, try_to_lock); if (__u0.owns_lock()) { if (__l1.try_lock()) //注意try_lock返回值的定义，否则这里无法理解 { __u0.release(); return -1; } else return 1; } return 0; } |
上面的lock函数用尝试的办法防止了死锁。
上面是两个锁的情况，那么在多个参数的情况下呢？
先来看下std::try_lock函数的实现：
里面递归地调用了try_lock函数自身，如果全部锁都获取成功，则依次把所有的unique_lock都release掉。
如果有失败，则计数失败的次数，最终返回。
template int try_lock(_L0& __l0, _L1& __l1, _L2& __l2, _L3&... __l3) { int __r = 0; unique_lock __u0(__l0, try_to_lock); if (__u0.owns_lock()) { __r = try_lock(__l1, __l2, __l3...); if (__r == -1) __u0.release(); else ++__r; } return __r; } |
再来看多参数的std::lock的实现：
template void __lock_first(int __i, _L0& __l0, _L1& __l1, _L2& __l2, _L3& ...__l3) { while (true) { switch (__i) //__i用来标记上一次获取参数里的第几个锁失败，从0开始计数 { case 0: //第一次执行时，__i是0 { unique_lock __u0(__l0); __i = try_lock(__l1, __l2, __l3...); if (__i == -1) //获取到l0之后，如果尝试获取后面的锁也成功了，即全部锁都获取到了，则设置unique_lock为release，并返回 { __u0.release(); return; } } ++__i; //因为__i表示是获取第几个锁失败，而上面的try_lock(__l1,__l2__l3,...)是从l1开始的，因此这里要+1，调整到没有获取成功的锁上，下次先从它开始获取。 sched_yield(); break; case 1: //说明上次获取l1失败，这次先获取到l1。 { unique_lock __u1(__l1); __i = try_lock(__l2, __l3..., __l0); //把前一次的l0放到最后。这次先获取到了l1，再尝试获取后面的锁。 if (__i == -1) { __u1.release(); return; } } if (__i == sizeof...(_L3) + 1) //说明把l0放到最后面时，最后获取l0时失败了。那么说明现在有其它线程持有l0，那么下一次要从l0开始获取。 __i = 0; else __i += 2; //因为__i表示是获取第几个锁失败，而上面的try_lock(__l2,__l3..., __l0)是从l2开始的，因此这里要+2 sched_yield(); break; default: __lock_first(__i - 2, __l2, __l3..., __l0, __l1); //因为这里是从l2开始的，因此__i要减2。 return; } } } template inline _LIBCPP_INLINE_VISIBILITY void lock(_L0& __l0, _L1& __l1, _L2& __l2, _L3& ...__l3) { __lock_first(0, __l0, __l1, __l2, __l3...); } |
