<mutex>

std::call_once函數(shù)

多線程操作過程中，std::call_once()內(nèi)部的回調(diào)函數(shù)只會被執(zhí)行一次

在某些特定情況下，某些函數(shù)只能在多線程環(huán)境下調(diào)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(shù)在多線程環(huán)境下只能被調(diào)用一次。使用call_once()的時候，需要一個once_flag作為call_once()的傳入?yún)?shù).

函數(shù)原型:

// 定義于頭文件 <mutex>,屬于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(diào)函數(shù)，可以傳遞一個有名函數(shù)地址，也可以指定一個匿名函數(shù)
• args：作為實參傳遞給回調(diào)函數(shù)

例程:使用call_once實現(xiàn)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(shù)中l(wèi)ambda默認隱式捕獲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 ;
}

注意:call_once在執(zhí)行時會阻塞其他線程

std::call_once通過內(nèi)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(qū)域。這意味著當多個線程等待執(zhí)行某個需初始化的函數(shù)時，第一個獲得執(zhí)行權(quán)的線程將會執(zhí)行該函數(shù)，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(tài)條件的發(fā)生。同時，std::call_once還處理了異常情況，如果在函數(shù)執(zhí)行過程中拋出異常，則call_once不會認為該函數(shù)已經(jīng)成功執(zhí)行。這樣，后續(xù)的線程仍然可以嘗試進入執(zhí)行，從而保證函數(shù)能夠成功被執(zhí)行一次。

補充:

call_once實現(xiàn)的過程中使用了lambda表達式,而其中l(wèi)ambda表達式并未指明捕獲方式,一般來說未指明時lambda不會捕獲任何的外部變量.

但是為什么在成員函數(shù)中l(wèi)ambda不指定捕獲類型卻能捕獲到成員變量呢?因為lambda在成員函數(shù)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量.

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表達式對成員變量的修改可能會影響到對象的狀態(tài),這點需要程序員注意.

std::mutex類 -- 獨占互斥鎖

解決多線程數(shù)據(jù)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(shù)

• void lock();

  常用,阻塞上鎖

bool try_lock();

try_lock,嘗試上鎖,線程不阻塞,返回值能夠用于程序邏輯分支,即遇到鎖后可以做其他事.

例程:

#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

注意,必須要上了鎖的對象才有資格解鎖.其他對象解鎖程序會奔潰(mutex對象內(nèi)會記錄上鎖線程的id,解鎖時會進行id判定.)

死鎖:

• 一個執(zhí)行流連續(xù)上次上同一把鎖.
• 多個執(zhí)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

使用注意:

• 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復雜邏輯的產(chǎn)生，從而導致bug的產(chǎn)生
• 遞歸互斥鎖比獨占互斥鎖實現(xiàn)復雜,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(quán)，但最大次數(shù)并未具體說明，一旦超過一定的次數(shù)，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,能夠使用鑰匙重復開門.具有記憶功能

而獨占互斥鎖沒有記憶功能,不能帶走鑰匙,用完離開后鎖就不認人了.

std::timed_mutex類 -- 超時互斥鎖

std::timed_mutex是超時獨占互斥鎖,體現(xiàn)在獲取互斥鎖資源時增加了兩個超時等待的函數(shù).

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，超時后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(shù):

void lock();
bool try_lock();
void unlock();
// std::timed_mutex比std::_mutex多出的兩個成員函數(shù)
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(shù)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(shù)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?shù)玫交コ怄i的所有權(quán)之后，函數(shù)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后，函數(shù)也會解除阻塞，返回false

std::recursive_timed_mutex類

關(guān)于遞歸超時互斥鎖std::recursive_timed_mutex的使用方式和std::timed_mutex一樣,也是5個成員函數(shù)，只不過它可以允許一個線程多次獲得互斥鎖所有權(quán)，而std::timed_mutex只允許線程獲取一次互斥鎖所有權(quán)。

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(shù),守護鎖.

函數(shù)原型:

// 類的定義，定義于頭文件 <mutex>
template< class Mutex >
class lock_guard;
// 常用構(gòu)造函數(shù)
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,但是僅限于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(shù)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(xiàn),一般與條件變量搭配使用.

成員方法

使用方法與mutex基本一樣

 lock()
 try_lock()
 try_lock_for()	
 try_lock_until()
 unlock()	

到此這篇關(guān)于C++11標準庫 互斥鎖 &lt;mutex&gt; 梳理的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++11 互斥鎖 &lt;mutex&gt; 內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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