C++11并发与多线程笔记(5)互斥量概念、用法、死锁演示及解决详解
C++11并发与多线程笔记(5)互斥量概念、用法、死锁演示及解决详解
- 1、互斥量(mutex)的基本概念
- 2、互斥量的用法
- 2.1 lock(),unlock()
- 2.2 lock_guard类模板
- 3、死锁
- 3.1 死锁演示
- 3.2 死锁的一般解决方案:
- 3.3 std::lock()函数模板
- 3.4 std::lock_guard的std::adopt_lock参数
1、互斥量(mutex)的基本概念
- 互斥量就是个类对象,可以理解为一把锁,多个线程尝试用**lock()**成员函数来加锁,只有一个线程能锁定成功,如果没有锁成功,那么流程将卡在lock()这里不断尝试去锁定。
- 互斥量使用要小心,保护数据不多也不少,少了达不到效果,多了影响效率。
2、互斥量的用法
包含#include <mutex>头文件
2.1 lock(),unlock()
步骤如下:
1. 引入头文件
2. 创建一个互斥量
3.在加锁位置:先lock() ,操作共享数据 ,unlock()
注意:lock()和unlock()要成对使用
例1:
#include<iostream>
#include<thread>
#include <vector>
#include<list>
#include<mutex>
using namespace std;class A {
public://把收到的消息(玩家命令)加入到一个队列的线程void inMsgRecvQueue() {for (int i = 0; i < 100000; i++) {cout << "inMsgRecvQueue()执行,插入一个元素 " << i << endl;//cout只输出i,不访问共享数据my_mutex.lock();msgRecvQueue.push_back(i);// 假设这个数字i就是收到的命令,直接弄到消息队列里边来my_mutex.unlock();}}bool outMsgLULProc(int& command) {my_mutex.lock();if (!msgRecvQueue.empty()) {//消息不为空command = msgRecvQueue.front();//返回第一个元素,但不检查元素是否存在msgRecvQueue.pop_front();//移除第一个元素,但不返回my_mutex.unlock();//有分支退出,就要加一个unlock与其对应return true;}my_mutex.unlock();return false;}//把数据从消息队列中取出的线程void outMsgRecvQueue() {int command = 0;for (int i = 0; i < 100000; i++) {bool result = outMsgLULProc(command);if (result == true) {cout << " outMsgRecvQueue()执行,取出一个元素" << command << endl;//可以进行命令(数据)处理}else {//消息队列为空cout << "outMsgRecvQueue()执行,但目前消息队列中为空" << i << endl;}cout << "end" << endl;}}private:list<int> msgRecvQueue;//容器,专门用于存放玩家发来的命令mutex my_mutex;//创建一个互斥量
};int main() {A myobja;//线程通过对象的成员函数时,第二个参数需要是对象的地址,因为成员函数运行时需要用到this指针thread mythreadInMsgRecv(&A::inMsgRecvQueue, &myobja);thread mythreadOutMsgRecv(&A::outMsgRecvQueue, &myobja);mythreadInMsgRecv.join();mythreadOutMsgRecv.join();cout << "I love China!" << endl;return 0;
}
例2:
#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <list>
using namespace std;list<int> test_list;
mutex myMutex;//创建互斥量void in_list(){for(int num=0;num<10000;num++){myMutex.lock();cout<<"插入数据: "<<num<<endl;test_list.push_back(num);myMutex.unlock();}}void out_list(){for(int num=0;num<10000; ++num){myMutex.lock();if(!test_list.empty()){int tmp = test_list.front();test_list.pop_front();cout<<"取出数据:"<<tmp<<endl;}myMutex.unlock();}
}
int main()
{thread in_thread(in_list);thread out_thread(out_list);in_thread.join();out_thread.join();cout << "Hello World!" << endl;return 0;
}
2.2 lock_guard类模板
- lock_guard 对象名(myMutex);取代lock()和unlock()
- lock_guard 构造函数执行了mutex::lock();在作用域结束时,调用析构函数,执行mutex::unlock()
- 可以通过添加{}来减小作用域
#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <list>
using namespace std;list<int> test_list;
mutex myMutex;void in_list() {for (int num = 0; num < 10000; num++) {{ //也可以多加一对括号,减小作用域lock_guard<mutex> myGuard(myMutex); //创建lock_guard对象cout << "插入数据: " << num << endl;test_list.push_back(num);}}
}void out_list() {for (int num = 0; num < 10000; ++num) {lock_guard<mutex> myGuard(myMutex);if (!test_list.empty()) {int tmp = test_list.front();test_list.pop_front();cout << "取出数据:" << tmp << endl;}}
}
int main()
{thread in_thread(in_list);thread out_thread(out_list);in_thread.join();out_thread.join();cout << "I love China!" << endl;return 0;
}
3、死锁
3.1 死锁演示
死锁至少有两个互斥量mutex1,mutex2。
- 线程A执行时,这个线程先锁 mutex1,并且锁成功了,然后去锁mutex2的时候,出现了上下文切换。
- 上下文切换后,线程B执行,这个线程先锁mutex2,因为mutex2没有被锁,即mutex2可以被锁成功,然后线程B要去锁mutex1.
- 此时,死锁产生了,A锁着mutex1,需要锁mutex2,B锁着mutex2,需要锁mutex1,两个线程没办法继续运行下去。
3.2 死锁的一般解决方案:
只要保证多个互斥量上锁的顺序一样就不会造成死锁。
3.3 std::lock()函数模板
- std::lock(mutex1,mutex2……); 一次锁定多个互斥量(一般这种情况很少),用于处理多个互斥量。
- 如果互斥量中一个没锁住,它就等着,等所有互斥量都锁住,才能继续执行。如果有一个没锁住,就会把已经锁住的释放掉(要么互斥量都锁住,要么都没锁住,防止死锁)
- 破坏请求与保持条件,资源一次性申请,一次性释放
#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <list>
using namespace std;list<int> test_list;
mutex myMutex1;
mutex myMutex2;void in_list() {for (int num = 0; num < 10000; num++) {lock(myMutex1, myMutex2);//一次锁定多个互斥量cout << "插入数据: " << num << endl;test_list.push_back(num);myMutex2.unlock();myMutex1.unlock();}
}void out_list() {for (int num = 0; num < 10000; ++num) {lock(myMutex1, myMutex2);if (!test_list.empty()) {int tmp = test_list.front();test_list.pop_front();cout << "取出数据:" << tmp << endl;}myMutex1.unlock();myMutex2.unlock();}
}
int main()
{thread in_thread(in_list);thread out_thread(out_list);in_thread.join();out_thread.join();cout << "I love China!" << endl;return 0;
}
3.4 std::lock_guard的std::adopt_lock参数
采用std::lock函数和std::lock_guard 来联合使用:
- my_guard(my_mutex,std::adopt_lock);
加入adopt_lock后,在调用lock_guard的构造函数时,不再进行lock(); - adopt_guard为结构体对象,起一个标记作用,表示这个互斥量已经lock(),不需要在lock()。
#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <list>
using namespace std;list<int> test_list;
mutex myMutex1;
mutex myMutex2;void in_list() {for (int num = 0; num < 10000; num++) {lock(myMutex1, myMutex2); //lock联合lock_guard使用lock_guard<mutex> mutex1(myMutex1, adopt_lock);lock_guard<mutex> mutex2(myMutex2, adopt_lock);cout << "插入数据: " << num << endl;test_list.push_back(num);}
}void out_list() {for (int num = 0; num < 10000; ++num) {lock(myMutex1, myMutex2);lock_guard<mutex> mutex1(myMutex1, adopt_lock);lock_guard<mutex> mutex2(myMutex2, adopt_lock);if (!test_list.empty()) {int tmp = test_list.front();test_list.pop_front();cout << "取出数据:" << tmp << endl;}}
}
int main()
{thread in_thread(in_list);thread out_thread(out_list);in_thread.join();out_thread.join();cout << "I love China!" << endl;return 0;
}
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