C++11 同步与互斥

石中火本火 / 2023-08-04 / 原文

1. std中的锁

std::mutex：最基本的互斥锁，只能在同一线程中进行加锁和解锁操作。
std::recursive_mutex：递归互斥锁，允许同一线程多次加锁，但必须在同一线程中解锁相同次数。
std::timed_mutex：定时互斥锁，允许线程尝试加锁一段时间，如果超时则放弃锁。
std::recursive_timed_mutex：递归定时互斥锁，结合了递归和定时互斥锁的特性。
std::shared_mutex：共享互斥锁，允许多个线程同时读取共享资源，但只允许一个线程写入共享资源。当一个线程持有写入权限时，其他所有线程都无法获取读取或写入权限，直到该线程释放写入权限。注意这是一个读写分离锁，即多个线程可以同时读取共享数据，但只有一个线程可以写入共享数据。当一个线程正在写入共享数据时，其他线程必须等待该线程完成写入操作后才能进行读取或写入操作。
std::shared_timed_mutex：定时共享互斥锁，结合了共享和定时互斥锁的特性。

这些锁类型都是线程安全的，可以在多线程环境下使用。选择哪种锁类型取决于具体的应用场景和需求。

为了更方便的管理互斥锁的生命周期，具有RAII特性，即在对象构造时获取资源，在对象析构时释放资源，从而保证资源的正确获取和释放。他利用此原理在析构函数中释放了锁，即可以达到自动释放锁的效果。

std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_)

可以在构造函数中传入一个互斥锁对象，当std::unique_lock对象被销毁时(出了作用域会自动销毁)，它会自动释放互斥锁。同时，std::unique_lock还提供了lock()和unlock()方法，可以手动控制互斥锁的加锁和解锁。
```
/*unique_lock简单实现*/
template<class Mutex>
class unique_lock { 
public:
	explicit unique_lock(Mutex& m) : mutex_(m) {
    	mutex_.lock();    
    }   
    ~unique_lock() {  
    	mutex_.unlock();    
    } 
private: 
	Mutex& mutex_; 
};
```
std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_).当std::lock_guard对象被销毁时，互斥锁会自动解锁。这样可以确保在std::lock_guard对象的生命周期内，互斥锁一直处于锁定状态，从而避免了忘记解锁的问题。
std::scoped_lock也是一个模板类，用于管理多个互斥锁。在创建std::scoped_lock对象时，需要传入多个互斥锁对象，该对象会在std::scoped_lock的构造函数中被锁定，当std::scoped_lock对象被销毁时，所有互斥锁会自动解锁。这样可以确保在std::scoped_lock对象的生命周期内，所有互斥锁都处于锁定状态，从而避免了死锁的问题。需要注意的是，std::scoped_lock可以同时锁定多个互斥锁，但是不能锁定同一个互斥锁多次，否则会导致死锁。