C++中 锁的使用 互斥锁：std::mutex std::lock_guard std::unique_lock ，读写锁使用shared_mutex ，条件变量使用std::condition_variable类

转载：https://blog.csdn.net/faihung/article/details/88411839

　　https://blog.csdn.net/XindaBlack/article/details/105915806

简介：std::mutex：互斥量，C++11中与mutex相关的类（包括锁类型）和函数都声明在<mutex>头文件中。（C++官网）

读写锁：后续补充

自旋锁：后续补充

<mutex> 头文件介绍

mutex系列类（四种）：

• std::mutex：最基本的mutex类
• std::recursive_mutex：递归mutex类
• std::timed_mutex：定时mutex类
• std::recursive_timed_mutex：递归定时mutex类

lock类（两种）：

• std::lock_guard：与mutex RAII 相关，方便线程对互斥量上锁
• std::unique_lock：与mutex RAII相关，方便线程对互斥量上锁，但提供了更好的上锁和解锁控制

其他类型：

• std::once_flag
• std::adopt_lock_t
• std::defer_lock_t
• std::try_to_lock_t

函数：

• std::try_lock：尝试同时对多个互斥量上锁
• std::lock：可以同时对多个互斥量上锁
• std::call_once：如果多个线程需要同时调用某个函数，call_once可以保证多个线程对该函数只调用一次

std::mutex介绍

std::mutex是C++11中最基本的互斥量，std::mutex对象提供了独占所有权的特性——既不支持递归地对std::mutex上锁，而std::recursive_lock可以递归地对互斥量对象上锁。

std::mutex的成员函数

• 构造函数，std::mutex不允许拷贝构造函数，也不允许move拷贝，最初产生的mutex对象是处于unlocked状态的。
• lock()，调用线程将锁住该互斥量。线程调用该函数会发生下面3中情况。（1）如果该互斥量当前没有被锁住，则调用线程将该互斥量锁住，知道调用unlock之前，该线程会一直拥有该锁。（2）如果当前互斥量被其他线程锁住，则当前的调用线程被阻塞住。（3）如果当前互斥量被当前调用线程锁住，则会产生死锁。(第三条应该是递归锁要解决的问题)
• unlock()，解锁，释放对互斥量的所有权。
• try_lock()，尝试锁住互斥量，如果互斥量被其他线程占有，则当前线程也不会阻塞。线程调用该函数也会出现下面3中情况。（1）如果当前互斥量没有被其他线程占有，则该线程锁住互斥量，直到该线程调用unlock释放互斥量。（3）如果当前互斥量被当前调用线程锁住，则会产生死锁。

注意：在编译的时候可能会报 underfined  reference to ‘pthread_create’错误，这个在编译选项中加 -g -lpthread 既可。原因

具体编译命令：

g++ -std=c++11 lock.cpp -g -lpthread

case 1：mutex　

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>

using namespace std;

volatile int counter(0);
mutex mtx;

void attempt_10k_increases() {
    for (int i = 0; i < 10000; ++i) {
        if (mtx.try_lock()) {
            ++counter;
            mtx.unlock();
        }
    }
}

int main(int argc, const char* argv[]) {
    thread threads[10];
    for (int i=0; i < 10; ++i) {
        threads[i] = thread(attempt_10k_increases);
    }

    for (auto& th : threads) {
        th.join();
    }

    cout << counter << " successful increases of the counter." << endl;

    return 0;
}

std::recursive_mutex介绍

std::recursive_mutex与std::mutex一样，也是一种可以被上锁的对象，但是和std::mutex不同的是，std::recursive_mutex允许同一个线程对互斥量多次上锁（即递归上锁），来获取对互斥量对象的多层所有权，std::recursive_mutex释放互斥量时需要调用与该锁层次深度相同次数的unlock()，可理解为lock()次数 和 unlock()次数相同，除此之外，std::recursive_mutex的特性和std::mutex大致相同。

std::timed_mutex 介绍

std::timed_mutex 比 std::mutex多了两个成员函数，try_lock_for()， try_lock_until()。

try_lock_for函数接受一个时间范围，表示在这一段时间范围之内线程如果没有获得锁则被阻塞住（与std::mutex的try_lock不同， try_lock如果被调用时没有获得锁则直接返回false），如果在此期间其他线程释放了锁，则该线程可以获得互斥量的锁，如果超时（即在指定时间内还是没有获得锁），则返回false。

try_lock_until函数则接受一个时间点作为参数，在指定时间点未到来之前线程如果没有获得锁则被阻塞住，如果在此期间其他线程释放了锁，则该线程获得互斥量的锁，如果超时（即在指定时间内还没有获得锁），则返回false。

case 2 ：timed_mutex

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

using namespace std;

timed_mutex mtx;

void  fireworks() {
    while (!mtx.try_lock_for(chrono::milliseconds(200))) {
        cout << "-" ;
    }

    this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(1000));
    cout << "*"  <<  endl;

    mtx.unlock();
}

int main() {
    thread threads[10];
    for (int i = 0; i <10;  ++i) {
        threads[i] = thread(fireworks);
    }

    for (auto &th : threads)
         th.join();

    return 0;    

std::recursive_timed_mutex 介绍

和std::recursive_mutex 与 std::mutex 的关系一样，可以通过std::timed_mutex推到。

std::lock_guard介绍

与mutex RAI相关，方便线程对互斥量上锁。

case 3：lock_guard

#include <iostream>       // std::cout
#include <thread>         // std::thread
#include <mutex>          // std::mutex, std::lock_guard
#include <stdexcept>      // std::logic_error
 
std::mutex mtx;
 
void print_even (int x) {
    if (x%2==0) std::cout << x << " is even
";
    else throw (std::logic_error("not even"));
}
 
void print_thread_id (int id) {
    try {
        // using a local lock_guard to lock mtx guarantees unlocking on destruction / exception:
        std::lock_guard<std::mutex> lck (mtx);
        print_even(id);
    }
    catch (std::logic_error&) {
        std::cout << "[exception caught]
";
    }
}
 
int main ()
{
    std::thread threads[10];
    // spawn 10 threads:
    for (int i=0; i<10; ++i)
        threads[i] = std::thread(print_thread_id,i+1);
 
    for (auto& th : threads) th.join();
 
    return 0;

 

std::unique_lock介绍

case 4 :unique_lock

#include <iostream>       // std::cout
#include <thread>         // std::thread
#include <mutex>          // std::mutex, std::unique_lock
 
std::mutex mtx;           // mutex for critical section
 
void print_block (int n, char c) {
    // critical section (exclusive access to std::cout signaled by lifetime of lck):
    std::unique_lock<std::mutex> lck (mtx);
    for (int i=0; i<n; ++i) {
        std::cout << c;
    }
    std::cout << '
';
}
 
int main ()
{
    std::thread th1 (print_block,50,'*');
    std::thread th2 (print_block,50,'$');
 
    th1.join();
    th2.join();
 
    return 0;

unique_lock和lock_guard的区别：

简单来说就是：unique_lock支持直接加锁：unique_lock<mutex> lk(mtx);也支持lock和unlock函数。而lock_guard支持lock_guard<mutex> lk(mtx)；

https://blog.csdn.net/qq_37233607/article/details/80159873