C++ std::unique_lock 用法

std::unique_lock 是 C++11 提供的一个用于管理互斥锁的类，它提供了更灵活的锁管理功能，适用于各种多线程场景。

1.创建 std::unique_lock 对象

std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex); // 创建 std::unique_lock 并关联互斥锁 mutex

你可以在构造函数中传入一个互斥锁（std::mutex 或其它互斥锁类型）来创建 std::unique_lock 对象，并且会在构造时获取互斥锁的所有权。此时，互斥锁被锁住，其他线程无法获得锁。

2.自动加锁和解锁

{std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex); // 自动加锁// 临界区代码
} // 自动解锁

使用 std::unique_lock 创建的对象，当其生命周期结束时（通常是在大括号的作用域结束时），会自动解锁互斥锁，以确保互斥锁在不再需要时被释放。

3.延迟加锁与手动加解锁

std::unique_lock 还支持在初始化时不立即加锁，而是在需要时延迟加锁。这种特性对于一些多线程场景非常有用，允许你在获得锁之前执行一些非临界区的操作，从而减少锁的持有时间。

创建 std::unique_lock 对象时，传入互斥锁但不加锁：

std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex, std::defer_lock);

在需要时手动加锁：

lock.lock();   // 手动加锁
// 临界区代码
lock.unlock(); // 手动解锁

你可以使用 lock() 手动加锁互斥锁，然后在互斥锁保护的临界区内执行代码，最后使用 unlock() 手动解锁互斥锁。这种方式可以让你更灵活地控制锁的生命周期。

4.尝试加锁

std::unique_lock 还提供了 try_lock() 方法，用于尝试加锁，如果锁不可用，则返回 false，如果锁成功获取，则返回 true。

std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex, std::defer_lock);
if (lock.try_lock()) {// 锁成功获取，执行临界区代码lock.unlock();
} else {// 锁不可用，执行其他逻辑
}

5.配合条件变量使用

condition_variable（条件变量）是 C++11 中提供的一种多线程同步机制，它允许一个或多个线程等待另一个线程发出的通知，以便能够有效地进行线程同步。

条件变量（std::condition_variable）需要与 std::unique_lock 一起使用，以实现线程的等待和通知机制。

std::unique_lock<std::mutex> lck(mutex);
while (!condition) {conditionVariable.wait(lock); // 等待条件满足并释放锁
}
// 条件满足，重新获取锁并继续执行

条件变量的成员函数 wait() 会在阻塞线程的那一刻（当线程被添加到等待队列中时），函数会自动调用 lck.unlock() 释放锁，允许其他锁定的线程继续执行。

一旦收到唤醒通知（由其他线程调用 notify_one() 或 notify_all() 通知），该函数就会解除阻塞并调用 lck.lock()，使 lck 处于与调用该函数时相同的状态，然后函数返回。请注意，返回前调用 lck.lock() 加锁可能会再次阻塞线程。

为什么条件变量需要互斥锁的配合呢？

因为 condition 和等待队列都是多线程的共享资源，当访问这些共享资源时需要互斥访问。

6.小结

std::unique_lock 提供了对互斥锁更高级别的控制和灵活性，使得多线程编程更加安全和容易。在多数情况下，推荐使用 std::unique_lock 而不是直接操作互斥锁，因为它能够自动管理锁的生命周期，减少了出错的机会。

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参考文献

std::unique_lock - cplusplus.com
std::condition_variable - cplusplus.com