c++ posix线程库mutex的封装和使用

最新推荐文章于 2025-05-24 13:31:36 发布

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本文介绍了C++中如何封装和使用Posix线程库的mutex，强调了初始化、销毁、加锁和解锁的重要性，并通过一个示例展示了MutexLock和MutexLockGuard的使用，以防止并发访问资源时的竞态条件。同时，文章提到了pthread函数的使用注意事项，如线程标识符的获取和类型转换。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

锁的封装一般考虑两个问题：

初始化和销毁
加锁和解锁

因为锁不允许拷贝和赋值语义，因此继承前面的noncopyable类。
参考 https://blog.youkuaiyun.com/littleflypig/article/details/88799617

封装

首先对mutex资源进行封装，这个类代表锁这个资源：

定义一个宏来对pthread函数返回值进行检查，因此pthread函数一般返回0代表成功，所以用CHECK（！exp）进行检查。
宏中的__FILE__和__LINE__都是GCC编译器预定义宏，一般可以用这些宏进行调试输出信息。
-还有一点注意加锁和解锁时成员变量islocking的修改顺序

#define CHECK(exp)\
    if(!exp) \
    { \
       fprintf(stderr,"file:%s,line:%d Exp:[" #exp "] not return 0\n",__FILE__,__LINE__);abort();\
    }
class MutexLock:public noncopyable{
public:
    MutexLock();
    ~MutexLock();
    void lock();
    void unlock();

    bool islocking(){
        return islocking_;
    }
    pthread_mutex_t* getMutexPtr(){
        return &mutex_;
    }

private:
    void restoreMutexStatus() {
        islocking_ = true;
    }
    pthread_mutex_t mutex_;
    bool islocking_;
};

//锁初始化
MutexLock::MutexLock():islocking_(false) {
    CHECK(!pthread_mutex_init(&mutex_,NULL));
}

//锁销毁
MutexLock::~MutexLock(){
    CHECK(!pthread_mutex_destroy(&mutex_));
}

//加锁
void MutexLock::lock(){
    CHECK(!pthread_mutex_lock(&mutex_));  //必须先加锁，保证islocking修改的原子性
    islocking_ = true;
}

//解锁
void MutexLock::unlock(){
    islocking_ = false;     //先修改在解锁
    CHECK(!pthread_mutex_unlock(&mutex_));
}

然后依据RAII（资源获取即初始化）在封装一个MutexLockGuard类，由它来进行对MutexLock的操作，构造的时候加锁，析构的时候解锁

class MutexLockGuard: public noncopyable{
public:
    MutexLockGuard(MutexLock &mutex):mutex_(mutex){ mutex_.lock();};
    ~MutexLockGuard() {mutex_.unlock();};
private:
    MutexLock &mutex_;
};

使用

用一个简单的例子来巩固一下两个类的使用。
下面例子开启了多个线程操作共享变量count，偶数线程对其加1，奇数线程对其减1。
首先考虑不加锁时：

const int threadNum = 10;

int count=5;
MutexLock mutex;
void *func(void *arg){
    int num = reinterpret_cast<int>(arg);
    cout<<num<<endl;
    for(int i=0;i<10000000;++i){
        if(num%2){
            //MutexLockGuard lock(mutex);
            count++;
        }
        else{
            //MutexLockGuard lock(mutex);
            count--;
        }
    }

    return arg;
}

int main()
{
    pthread_t tid[threadNum];

    for(int i=0;i<threadNum;++i){
        pthread_create(&tid[i],NULL,func,reinterpret_cast<void*>(i));
    }

    void* arg;
    for(int i=0;i<threadNum;++i){
        pthread_join(tid[i],&arg);
        //cout<<reinterpret_cast<int>(arg)<<endl;
    }

    cout<<count<<endl;
}

对count的修改可能会出现race condition，当循环次数特别大时，此情况更容易出现，最终的count输出结果并不是5。
加锁后，count输出5。

还有几个pthread函数应用时的注意事项：

pthread_create函数的最后一个参数，如果改用 &i，那么所有线程中得到的num是不确定的，这取决于主线程和新线程的执行顺序，这个顺序并不是固定的。
pthread_t类型的tid并不是唯一的，不同进程中的tid可能相同，因此想唯一标示一个线程可以用gettid，其返回pid_t类型，不过glibc并没有实现这个调用，需要自己封装一下。
参考：https://blog.youkuaiyun.com/delphiwcdj/article/details/8476547

#include <sys/syscall.h>
pid_t gettid(void)
{
    return syscall(__NR_gettid);
}

命名强制类型转换reinterpret_cast，能在指针和其他类型之间转换