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【锁的区别】C++线程库和POSIX线程库锁的区别

C++线程库和POSIX线程库锁的区别

  • C++线程库
    • 代码段的互斥:mutex、recursive_mutex、timed_mutex、recursive_timed_mutex
      • 互斥量mutex:直接进行lock()或者unlock()
      • 递归互斥锁recursive_mutex:可以多次加锁,意味着加几次锁就需要解几次锁
      • 定时互斥锁timed_mutex:可以定时加锁,规定什么时间让临界区代码实现互斥访问
      • 递归定时互斥锁recursive_timed_mutex:在规定加锁时间的同时,还能实现递归的多次加锁要求
      • lock_guard:RAII的方式封装了锁
      • unique_lock:RAII方式+加锁/解锁
    • 变量的原子性操作:atomic
  • POSIX线程库
    • 互斥锁:pthread_mutex
    • 自旋锁:pthread_spin
    • 读写锁:pthread_rwlock

C++线程库

C++线程库中提供了多种类型的原子性操作,主要分为变量的原子性操作和代码段的互斥加锁

代码段的互斥:mutex、recursive_mutex、timed_mutex、recursive_timed_mutex

如果一段代码是在多线程编程下执行的,那么必然要涉及到线程安全的问题,需要对该代码段进行加锁保护

#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>
#include <vector>std::mutex g_mutex;
int g_count = 0;void Counter() {g_mutex.lock();int i = ++g_count;std::cout << "count: " << i << std::endl;// 前面代码如有异常,unlock 就调不到了。g_mutex.unlock();
}int main() {const std::size_t SIZE = 4;// 创建一组线程。std::vector<std::thread> v;v.reserve(SIZE);for (std::size_t i = 0; i < SIZE; ++i) {v.emplace_back(&Counter);}// 等待所有线程结束。for (std::thread& t : v) {t.join();}return 0;
}

互斥量mutex:直接进行lock()或者unlock()

上述例子中,使用了mutex这个锁,也就是c++中提出的锁,但是这样的方式导致一个线程执行g_count时,其他线程在进行阻塞等待,是有其自己的缺陷的

递归互斥锁recursive_mutex:可以多次加锁,意味着加几次锁就需要解几次锁

定时互斥锁timed_mutex:可以定时加锁,规定什么时间让临界区代码实现互斥访问

递归定时互斥锁recursive_timed_mutex:在规定加锁时间的同时,还能实现递归的多次加锁要求

lock_guard:RAII的方式封装了锁

使用了RAII的思想,让类对象1去管理锁资源,在创建对象的时候加锁,析构对象的时候解锁,以此来预防死锁

unique_lock:RAII方式+加锁/解锁

除了使用RAII的思想之外,还提供了加锁解锁修改锁的功能,比lock_guard增加了一些对锁的操作

变量的原子性操作:atomic

int a
这个变量在整个多线程编程中如果是一个全局变量(局部变量也可以),那么当多个线程需要对其进行修改操作时,必然涉及到线程安全的问题,需要对这个变量加锁保护,但是使用上述的mutex类型会显得大炮打苍蝇,有点兴师动众了,同时如果使用mutex加锁的方式来实现互斥,会让其他线程处于阻塞等锁的状态,会影响程序的效率

c++11中提供了一系列原子操作
在这里插入图片描述

#include <iostream>
using namespace std;
#include <thread>
//需要包含对应的头文件
#include <atomic>
atomic_long sum{ 0 };
void fun(size_t num)
{for (size_t i = 0; i < num; ++i)sum ++;   // 原子操作
}
int main()
{cout << "Before joining, sum = " << sum << std::endl;thread t1(fun, 1000000);thread t2(fun, 1000000);t1.join();t2.join();cout << "After joining, sum = " << sum << std::endl;return 0;
}

将普通变量修改为原子类型的变量,这样就无需进行加锁解锁操作了,会使代码的运行效率更高,线程自己就能够对这些原子类型的变量实现互斥访问了

POSIX线程库

互斥锁:pthread_mutex

有线程尝试加互斥锁时,如果没有加到锁,该线程会挂起并且切换,只有当其他线程将该互斥锁释放之后,该线程才会被唤醒继续加锁。

和C++中的mutex相似,可以对临界区代码进行加锁保护,但是需要对该互斥锁初始化,并且需要进行销毁

pthread_mutex_init()//初始化
pthread_mutex_lock()//加锁
pthread_mutex_unlock()//解锁
pthread_mutex_destroy()//销毁

自旋锁:pthread_spin

与互斥锁相比,它的效率更高,但是也更占CPU资源。

当有线程尝试加自旋锁时,如果该线程没有加到锁,那么会持续加锁,直到拿到锁为止,线程不会挂起也不会切换,因此加锁效率高,但也更加占用CPU资源

读写锁:pthread_rwlock

当存在这样的场景时:对数据的修改操作少,有大量的读数据操作,在这样的情况下对临界资源进行加锁会导致程序效率低下,那么就需要有一个读不加锁,而只有在写数据的时候才进行加锁来提高程序的效率,读写锁就是这样一个锁
在这里插入图片描述
读共享,写独占,读锁优先级高

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