C++11 并发指南三(Lock 详解)

已于 2023-11-06 13:12:41 修改
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分类专栏： C++并发指南 文章标签： c++ 开发语言 java
于 2023-01-28 23:00:53 首次发布
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本文深入探讨了C++11并发编程中两种基本的锁类型：std::lock_guard和std::unique_lock。重点讲解了它们的构造、成员函数及应用场景，帮助读者掌握多线程编程中的关键同步技术。

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C++11 并发指南三(Lock 详解)

文章目录

在 《C++11 并发指南三(std::mutex 详解)》一文中我们主要介绍了 C++11 标准中的互斥量(Mutex)，并简单介绍了一下两种锁类型。本节将详细介绍一下 C++11 标准的锁类型。

C++11 标准为我们提供了两种基本的锁类型，分别如下：

  • std::lock_guard，与 Mutex RAII 相关，方便线程对互斥量上锁。

    std::unique_lock，与 Mutex RAII 相关，方便线程对互斥量上锁，但提供了更好的上锁和解锁控制。

另外还提供了几个与锁类型相关的 Tag 类，分别如下:

  • std::adopt_lock_t，一个空的标记类，定义如下：
struct adopt_lock_t {};

该类型的常量对象 adopt_lock（adopt_lock 是一个常量对象，定义如下：

constexpr` `adopt_lock_t adopt_lock {};，``// constexpr 是 C++11 中的新关键字）
通常作为参数传入给 unique_lock 或 lock_guard 的构造函数。
  • std::defer_lock_t，一个空的标记类，定义如下：`
struct  defer_lock_t {};

该类型的常量对象 defer_lock（defer_lock 是一个常量对象，定义如下：

constexpr defer_lock_t defer_lock {};，// constexpr 是 C++11 中的新关键字）
通常作为参数传入给 unique_lock 或 lock_guard 的构造函数。
  • std::try_to_lock_t，一个空的标记类，定义如下：
struct` `try_to_lock_t {};

该类型的常量对象 try_to_lock（try_to_lock 是一个常量对象，定义如下：

constexpr` `try_to_lock_t try_to_lock {};，// constexpr 是 C++11 中的新关键字）

通常作为参数传入给 unique_lock 或 lock_guard 的构造函数。后面我们会详细介绍以上三种 Tag 类型在配合 lock_gurad 与 unique_lock 使用时的区别。

std::lock_guard 介绍

std::lock_gurad 是 C++11 中定义的模板类。定义如下：

template <class Mutex>  class lock_guard{};
  • lock_guard 对象通常用于管理某个锁(Lock)对象，因此与Mutex RAII相关，方便线程对互斥量上锁，即在某个lock_guard 对象的声明周期内，它所管理的锁对象会一直保持上锁状态；而 lock_guard的生命周期结束之后，它所管理的锁对象会被解锁(注：类似shared_ptr 等智能指针管理动态分配的内存资源 )。
  • 模板参数 Mutex 代表互斥量类型，例如 std::mutex 类型，它应该是一个基本的BasicLockable类型，标准库中定义几种基本的 BasicLockable 类型，分别 std::mutex, std::recursive_mutex, std::timed_mutex，std::recursive_timed_mutex (以上四种类型均已在上一篇博客中介绍)以及 std::unique_lock(本文后续会介绍 std::unique_lock)。(注：BasicLockable 类型的对象只需满足两种操作，lock 和 unlock，另外还有 Lockable 类型，在 BasicLockable 类型的基础上新增了 try_lock 操作，因此一个满足 Lockable 的对象应支持三种操作：lock，unlock 和 try_lock；最后还有一种 TimedLockable 对象，在 Lockable 类型的基础上又新增了 try_lock_for 和 try_lock_until 两种操作，因此一个满足 TimedLockable 的对象应支持五种操作：lock, unlock, try_lock, try_lock_for, try_lock_until )。
  • 在 lock_guard 对象构造时，传入的 Mutex 对象(即它所管理的 Mutex 对象)会被当前线程锁住。在lock_guard 对象被析构时，它所管理的 Mutex 对象会自动解锁，由于不需要程序员手动调用 lock 和 unlock 对 Mutex 进行上锁和解锁操作，因此这也是最简单安全的上锁和解锁方式，尤其是在程序抛出异常后先前已被上锁的 Mutex 对象可以正确进行解锁操作，极大地简化了程序员编写与 Mutex 相关的异常处理代码。
  • 值得注意的是，lock_guard 对象并不负责管理 Mutex 对象的生命周期，lock_guard 对象只是简化了 Mutex 对象的上锁和解锁操作，方便线程对互斥量上锁，即在某个 lock_guard 对象的声明周期内，它所管理的锁对象会一直保持上锁状态；而 lock_guard 的生命周期结束之后，它所管理的锁对象会被解锁。

std::lock_guard 构造函数

lock_guard 构造函数如下表所示：

locking (1)explicit lock_guard (mutex_type& m);
adopting (2)lock_guard (mutex_type& m, adopt_lock_t tag);
copy deletedlock_guard (const lock_guard&) = delete;
  1. locking 初始化
    • lock_guard 对象管理 Mutex 对象 m，并在构造时对 m 进行上锁（调用 m.lock()）。
  2. adopting初始化
    • lock_guard 对象管理 Mutex 对象 m，与 locking 初始化(1) 不同的是， Mutex 对象 m 已被当前线程锁住。
  3. 拷贝构造
    • lock_guard 对象的拷贝构造和移动构造(move construction)均被禁用，因此 lock_guard 对象不可被拷贝构造或移动构造。

我们来看一个简单的例子(参考)：

#include <iostream>       // std::cout
#include <thread>         // std::thread
#include <mutex>          // std::mutex, std::lock_guard, std::adopt_lock

std::mutex mtx;           // mutex for critical section

void print_thread_id (int id) {
  mtx.lock();
  std::lock_guard<std::mutex> lck(mtx, std::adopt_lock);
  std::cout << "thread #" << id << '\n';
}

int main ()
{
  std::thread threads[10];
  // spawn 10 threads:
  for (int i=0; i<10; ++i)
    threads[i] = std::thread(print_thread_id,i+1);

  for (auto& th : threads) th.join();

  return 0;
}
  • 在 print_thread_id 中，我们首先对 mtx 进行上锁操作(mtx.lock()😉，然后用 mtx 对象构造一个 lock_guard 对象(std::lock_guardstd::mutex lck(mtx, std::adopt_lock)😉，注意此时 Tag 参数为 std::adopt_lock，表明当前线程已经获得了锁，此后 mtx 对象的解锁操作交由 lock_guard 对象 lck 来管理，在 lck 的生命周期结束之后，mtx 对象会自动解锁。
  • lock_guard 最大的特点就是安全易于使用，请看下面例子(参考)，在异常抛出的时候通过 lock_guard 对象管理的 Mutex 可以得到正确地解锁。
#include <iostream>       // std::cout
#include <thread>         // std::thread
#include <mutex>          // std::mutex, std::lock_guard
#include <stdexcept>      // std::logic_error

std::mutex mtx;

void print_even (int x) {
  if (x%2==0) std::cout << x << " is even\n";
  else throw (std::logic_error("not even"));
}

void print_thread_id (int id) {
  try {
    // using a local lock_guard to lock mtx guarantees unlocking on destruction / exception:
    std::lock_guard<std::mutex> lck (mtx);
    print_even(id);
  }
  catch (std::logic_error&) {
    std::cout << "[exception caught]\n";
  }
}

int main ()
{
  std::thread threads[10];
  // spawn 10 threads:
  for (int i=0; i<10; ++i)
    threads[i] = std::thread(print_thread_id,i+1);

  for (auto& th : threads) th.join();

  return 0;
}

std::unique_lock 介绍

  • 但是 lock_guard 最大的缺点也是简单，没有给程序员提供足够的灵活度，因此，C++11 标准中定义了另外一个与 Mutex RAII 相关类 unique_lock，该类与 lock_guard 类相似，也很方便线程对互斥量上锁，但它提供了更好的上锁和解锁控制。
  • 顾名思义，unique_lock 对象以独占所有权的方式（ unique owership）管理 mutex 对象的上锁和解锁操作，所谓独占所有权，就是没有其他的 unique_lock 对象同时拥有某个 mutex 对象的所有权。
  • 在构造(或移动(move)赋值)时，unique_lock 对象需要传递一个 Mutex 对象作为它的参数，新创建的 unique_lock 对象负责传入的 Mutex 对象的上锁和解锁操作。
  • std::unique_lock 对象也能保证在其自身析构时它所管理的 Mutex 对象能够被正确地解锁（即使没有显式地调用 unlock 函数）。因此，和 lock_guard 一样，这也是一种简单而又安全的上锁和解锁方式，尤其是在程序抛出异常后先前已被上锁的 Mutex 对象可以正确进行解锁操作，极大地简化了程序员编写与 Mutex 相关的异常处理代码。
  • 值得注意的是，unique_lock 对象同样也不负责管理 Mutex 对象的生命周期，unique_lock 对象只是简化了 Mutex 对象的上锁和解锁操作，方便线程对互斥量上锁，即在某个 unique_lock 对象的声明周期内，它所管理的锁对象会一直保持上锁状态；而 unique_lock 的生命周期结束之后，它所管理的锁对象会被解锁，这一点和 lock_guard 类似，但 unique_lock 给程序员提供了更多的自由，我会在下面的内容中给大家介绍 unique_lock 的用法。
  • 另外，与 lock_guard 一样，模板参数 Mutex 代表互斥量类型，例如 std::mutex 类型，它应该是一个基本的 BasicLockable 类型，标准库中定义几种基本的 BasicLockable 类型，分别 std::mutex, std::recursive_mutex, std::timed_mutex，std::recursive_timed_mutex (以上四种类型均已在上一篇博客中介绍)以及 std::unique_lock(本文后续会介绍 std::unique_lock)。(注：BasicLockable 类型的对象只需满足两种操作，lock 和 unlock，另外还有 Lockable 类型，在 BasicLockable 类型的基础上新增了 try_lock 操作，因此一个满足 Lockable 的对象应支持三种操作：lock，unlock 和 try_lock；最后还有一种 TimedLockable 对象，在 Lockable 类型的基础上又新增了 try_lock_for 和 try_lock_until 两种操作，因此一个满足 TimedLockable 的对象应支持五种操作：lock, unlock, try_lock, try_lock_for, try_lock_until)。

std::unique_lock 构造函数

std::unique_lock 的构造函数的数目相对来说比 std::lock_guard 多，其中一方面也是因为 std::unique_lock 更加灵活，从而在构造 std::unique_lock 对象时可以接受额外的参数。总地来说，std::unique_lock 构造函数如下：

default (1)unique_lock() noexcept;
locking (2)explicit unique_lock(mutex_type& m);
try-locking (3)unique_lock(mutex_type& m, try_to_lock_t tag);
deferred (4)unique_lock(mutex_type& m, defer_lock_t tag) noexcept;
adopting (5)unique_lock(mutex_type& m, adopt_lock_t tag);
locking for (6)template <class Rep, class Period> unique_lock(mutex_type& m, const chrono::duration<Rep,Period>& rel_time);
locking until (7)template <class Clock, class Duration> unique_lock(mutex_type& m, const chrono::time_point<Clock,Duration>& abs_time);
copy [deleted] (8)unique_lock(const unique_lock&) = delete;
move (9)unique_lock(unique_lock&& x);

下面我们来分别介绍以上各个构造函数：

  • (1) 默认构造函数

    新创建的 unique_lock 对象不管理任何 Mutex 对象。

    (2) locking 初始化

    新创建的 unique_lock 对象管理 Mutex 对象 m，并尝试调用 m.lock() 对 Mutex 对象进行上锁，如果此时另外某个 unique_lock 对象已经管理了该 Mutex 对象 m，则当前线程将会被阻塞。

    (3) try-locking 初始化

    新创建的 unique_lock 对象管理 Mutex 对象 m，并尝试调用 m.try_lock() 对 Mutex 对象进行上锁，但如果上锁不成功，并不会阻塞当前线程。

    (4) deferred 初始化

    新创建的 unique_lock 对象管理 Mutex 对象 m，但是在初始化的时候并不锁住 Mutex 对象。 m 应该是一个没有当前线程锁住的 Mutex 对象。

    (5) adopting 初始化

    新创建的 unique_lock 对象管理 Mutex 对象 m， m 应该是一个已经被当前线程锁住的 Mutex 对象。(并且当前新创建的 unique_lock 对象拥有对锁(Lock)的所有权)。

    (6) locking 一段时间(duration)

    新创建的 unique_lock 对象管理 Mutex 对象 m，并试图通过调用 m.try_lock_for(rel_time) 来锁住 Mutex 对象一段时间(rel_time)。

    (7) locking 直到某个时间点(time point)

    新创建的 unique_lock 对象管理 Mutex 对象m，并试图通过调用 m.try_lock_until(abs_time) 来在某个时间点(abs_time)之前锁住 Mutex 对象。

    (8) 拷贝构造 [被禁用]

    unique_lock 对象不能被拷贝构造。

    (9) 移动(move)构造

    新创建的 unique_lock 对象获得了由 x 所管理的 Mutex 对象的所有权(包括当前 Mutex 的状态)。调用 move 构造之后， x 对象如同通过默认构造函数所创建的，就不再管理任何 Mutex 对象了。

    综上所述，由 (2) 和 (5) 创建的 unique_lock 对象通常拥有 Mutex 对象的锁。而通过 (1) 和 (4) 创建的则不会拥有锁。通过 (3)，(6) 和 (7) 创建的 unique_lock 对象，则在 lock 成功时获得锁。

关于unique_lock 的构造函数，请看下面例子(参考)：


#include <iostream>       // std::cout
#include <thread>         // std::thread
#include <mutex>          // std::mutex, std::lock, std::unique_lock
                          // std::adopt_lock, std::defer_lock
std::mutex foo,bar;

void task_a () {
  std::lock (foo,bar);         // simultaneous lock (prevents deadlock)
  std::unique_lock<std::mutex> lck1 (foo,std::adopt_lock);
  std::unique_lock<std::mutex> lck2 (bar,std::adopt_lock);
  std::cout << "task a\n";
  // (unlocked automatically on destruction of lck1 and lck2)
}

void task_b () {
  // foo.lock(); bar.lock(); // replaced by:
  std::unique_lock<std::mutex> lck1, lck2;
  lck1 = std::unique_lock<std::mutex>(bar,std::defer_lock);
  lck2 = std::unique_lock<std::mutex>(foo,std::defer_lock);
  std::lock (lck1,lck2);       // simultaneous lock (prevents deadlock)
  std::cout << "task b\n";
  // (unlocked automatically on destruction of lck1 and lck2)
}


int main ()
{
  std::thread th1 (task_a);
  std::thread th2 (task_b);

  th1.join();
  th2.join();

  return 0;
}

task_a()介绍

std::unique_lockstd::mutex lck1 (foo,std::adopt_lock); 这行代码是什么意思

这行代码创建了一个std::unique_lock<std::mutex>对象lck1，并将互斥锁foo传递给它。std::adopt_lock是一个锁定策略，表示这个互斥锁在传递给std::unique_lock对象时已经被锁定。

std::unique_lock是一个灵活的锁定机制，它提供了比std::lock_guard更多的控制，包括锁定、非阻塞试图锁定、延迟锁定、手动解锁、递归锁定、所有权转移等。

在这个例子中，std::adopt_lock参数告诉std::unique_lock对象，互斥锁在创建std::unique_lock对象时已经被锁定，所以std::unique_lock不需要再去尝试锁定它。这就要求我们在创建std::unique_lock对象之前，必须已经锁定了互斥锁。

当std::unique_lock对象lck1的生命周期结束时（例如，当它离开其作用域时），它会自动解锁其管理的互斥锁。这是使用std::unique_lock的一个主要优点，因为它可以确保在任何情况下，包括异常、返回路径等，互斥锁都能被正确地解锁。这样可以避免因忘记解锁而导致的死锁问题。这种特性在编写多线程代码时非常有用，因为它可以帮助我们编写出更安全、更健壮的代码。

task_b() 介绍

lck1 = std::unique_lockstd::mutex(bar,std::defer_lock); 是什么意思

这行代码创建了一个std::unique_lock<std::mutex>对象lck1，并将互斥锁bar传递给它。std::defer_lock是一个锁定策略，表示这个互斥锁在传递给std::unique_lock对象时并未被锁定。

std::unique_lock是一个灵活的锁定机制，它提供了比std::lock_guard更多的控制，包括锁定、非阻塞试图锁定、延迟锁定、手动解锁、递归锁定、所有权转移等。

在这个例子中，std::defer_lock参数告诉std::unique_lock对象，互斥锁在创建std::unique_lock对象时并未被锁定，所以std::unique_lock不会尝试去锁定它。这就要求我们在创建std::unique_lock对象之后，必须显式地锁定互斥锁。

当std::unique_lock对象lck1的生命周期结束时（例如，当它离开其作用域时），它会自动解锁其管理的互斥锁。这是使用std::unique_lock的一个主要优点，因为它可以确保在任何情况下，包括异常、返回路径等，互斥锁都能被正确地解锁。这样可以避免因忘记解锁而导致的死锁问题。这种特性在编写多线程代码时非常有用，因为它可以帮助我们编写出更安全、更健壮的代码。

std::unique_lockstd::mutex lk(resource_mutex); 是什么意思

这行代码创建了一个std::unique_lock<std::mutex>对象lk，并将互斥锁resource_mutex传递给它。在这个过程中，std::unique_lock会尝试锁定这个互斥锁。

std::unique_lock是一个灵活的锁定机制，它提供了比std::lock_guard更多的控制，包括锁定、非阻塞试图锁定、延迟锁定、手动解锁、递归锁定、所有权转移等。

在这个例子中，由于没有提供锁定策略参数，所以std::unique_lock对象lk在创建时会尝试锁定resource_mutex。如果互斥锁已经被其他线程锁定，那么这个线程会阻塞，直到互斥锁被解锁。

当std::unique_lock对象lk的生命周期结束时（例如，当它离开其作用域时），它会自动解锁其管理的互斥锁。这是使用std::unique_lock的一个主要优点，因为它可以确保在任何情况下，包括异常、返回路径等，互斥锁都能被正确地解锁。这样可以避免因忘记解锁而导致的死锁问题。这种特性在编写多线程代码时非常有用，因为它可以帮助我们编写出更安全、更健壮的代码。

std::unique_lock<std::mutex>(bar,std::defer_lock);
std::unique_lock<std::mutex> lk(resource_mutex);
std::unique_lock<std::mutex> lck1 (foo,std::adopt_lock); 这三种创建方式的区别和应用场景

这三种创建std::unique_lock<std::mutex>对象的方式主要区别在于锁定策略，适用于不同的应用场景：

  1. std::unique_lock<std::mutex> lck1 (foo,std::adopt_lock);：这种方式使用了std::adopt_lock策略，表示互斥锁foo在传递给std::unique_lock对象时已经被锁定。这就要求我们在创建std::unique_lock对象之前，必须已经锁定了互斥锁。这种方式适用于已经手动锁定了互斥锁，但希望在std::unique_lock对象的生命周期结束时自动解锁的场景。

  2. std::unique_lock<std::mutex> lk(resource_mutex);：这种方式没有指定锁定策略，所以std::unique_lock对象在创建时会尝试锁定互斥锁resource_mutex。如果互斥锁已经被其他线程锁定，那么这个线程会阻塞，直到互斥锁被解锁。这种方式适用于希望立即锁定互斥锁，并在std::unique_lock对象的生命周期结束时自动解锁的场景。

  3. std::unique_lock<std::mutex>(bar,std::defer_lock);：这种方式使用了std::defer_lock策略，表示互斥锁bar在传递给std::unique_lock对象时并未被锁定。这就要求我们在创建std::unique_lock对象之后，必须显式地锁定互斥锁。这种方式适用于希望延迟锁定互斥锁，或者需要在多个互斥锁上使用std::lock函数来避免死锁的场景。

总的来说，std::unique_lock提供了灵活的锁定和解锁机制，可以根据不同的需求选择合适的锁定策略。在编写多线程代码时，正确地使用这些锁定策略可以帮助我们避免死锁，提高代码的安全性和健壮性。

std::unique_lock 移动(move assign)赋值操作

std::unique_lock 支持移动赋值(move assignment)，但是普通的赋值被禁用了，

move (1)unique_lock& operator= (unique_lock&& x) noexcept;
copy [deleted] (2)unique_lock& operator= (const unique_lock&) = delete;

移动赋值(move assignment)之后，由 x 所管理的 Mutex 对象及其状态将会被新的 std::unique_lock 对象取代。

如果被赋值的对象之前已经获得了它所管理的 Mutex 对象的锁，则在移动赋值(move assignment)之前会调用 unlock 函数释放它所占有的锁。

调用移动赋值(move assignment)之后， x 对象如同通过默认构造函数所创建的，也就不再管理任何 Mutex 对象了。请看下面例子(参考)：

#include <iostream>       // std::cout
#include <thread>         // std::thread
#include <mutex>          // std::mutex, std::unique_lock

std::mutex mtx;           // mutex for critical section

void print_fifty (char c) {
  std::unique_lock<std::mutex> lck;         // default-constructed
  lck = std::unique_lock<std::mutex>(mtx);  // move-assigned
  for (int i=0; i<50; ++i) { std::cout << c; }
  std::cout << '\n';
}

int main ()
{
  std::thread th1 (print_fifty,'*');
  std::thread th2 (print_fifty,'$');

  th1.join();
  th2.join();

  return 0;
}

std::unique_lock 主要成员函数

本节我们来看看 std::unique_lock 的主要成员函数。由于 std::unique_lock 比 std::lock_guard 操作灵活，因此它提供了更多成员函数。具体分类如下：

  1. 上锁/解锁操作 lock，try_lock，try_lock_for，try_lock_until 和 unlock
  2. 修改操作：移动赋值(move assignment)(前面已经介绍过了)，交换(swap)（与另一个 std::unique_lock 对象交换它们所管理的 Mutex 对象的所有权），释放(release)（返回指向它所管理的 Mutex 对象的指针，并释放所有权）
  3. 获取属性操作：owns_lock（返回当前 std::unique_lock 对象是否获得了锁）、operator bool()（与 owns_lock 功能相同，返回当前 std::unique_lock 对象是否获得了锁）、mutex（返回当前 std::unique_lock 对象所管理的 Mutex 对象的指针）。
std::unique_lock::lock请看下面例子(参考)：

上锁操作，调用它所管理的 Mutex 对象的 lock 函数。如果在调用 Mutex 对象的 lock 函数时该 Mutex 对象已被另一线程锁住，则当前线程会被阻塞，直到它获得了锁。

该函数返回时，当前的 unique_lock 对象便拥有了它所管理的 Mutex 对象的锁。如果上锁操作失败，则抛出 system_error 异常。

// unique_lock::lock/unlock
#include <iostream>       // std::cout
#include <thread>         // std::thread
#include <mutex>          // std::mutex, std::unique_lock, std::defer_lock

std::mutex mtx;           // mutex for critical section

void print_thread_id (int id) {
  std::unique_lock<std::mutex> lck (mtx,std::defer_lock);
  // critical section (exclusive access to std::cout signaled by locking lck):
  lck.lock();
  std::cout << "thread #" << id << '\n';
  lck.unlock();
}

int main ()
{
  std::thread threads[10];
  // spawn 10 threads:
  for (int i=0; i<10; ++i)
    threads[i] = std::thread(print_thread_id,i+1);

  for (auto& th : threads) th.join();

  return 0;
}
std::unique_lock::try_lock

上锁操作，调用它所管理的 Mutex 对象的 try_lock 函数，如果上锁成功，则返回 true，否则返回 false。

请看下面例子(参考)：

#include <iostream>       // std::cout
#include <vector>         // std::vector
#include <thread>         // std::thread
#include <mutex>          // std::mutex, std::unique_lock, std::defer_lock

std::mutex mtx;           // mutex for critical section

void print_star () {
  std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx,std::defer_lock);
  // print '*' if successfully locked, 'x' otherwise: 
  if (lck.try_lock())
    std::cout << '*';
  else                    
    std::cout << 'x';
}

int main ()
{
  std::vector<std::thread> threads;
  for (int i=0; i<500; ++i)
    threads.emplace_back(print_star);

  for (auto& x: threads) x.join();

  return 0;
}
std::unique_lock::try_lock_for

上锁操作，调用它所管理的 Mutex 对象的 try_lock_for 函数，如果上锁成功，则返回 true，否则返回 false。

请看下面例子(参考)：

#include <iostream>       // std::cout
#include <chrono>         // std::chrono::milliseconds
#include <thread>         // std::thread
#include <mutex>          // std::timed_mutex, std::unique_lock, std::defer_lock

std::timed_mutex mtx;

void fireworks () {
  std::unique_lock<std::timed_mutex> lck(mtx,std::defer_lock);
  // waiting to get a lock: each thread prints "-" every 200ms:
  while (!lck.try_lock_for(std::chrono::milliseconds(200))) {
    std::cout << "-";
  }
  // got a lock! - wait for 1s, then this thread prints "*"
  std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));
  std::cout << "*\n";
}

int main ()
{
  std::thread threads[10];
  // spawn 10 threads:
  for (int i=0; i<10; ++i)
    threads[i] = std::thread(fireworks);

  for (auto& th : threads) th.join();

  return 0;
}
std::unique_lock::try_lock_until

上锁操作，调用它所管理的 Mutex 对象的 try_lock_for 函数，如果上锁成功，则返回 true，否则返回 false。

请看下面例子(参考)：

#include <iostream>       // std::cout
#include <chrono>         // std::chrono::milliseconds
#include <thread>         // std::thread
#include <mutex>          // std::timed_mutex, std::unique_lock, std::defer_lock

std::timed_mutex mtx;

void fireworks () {
  std::unique_lock<std::timed_mutex> lck(mtx,std::defer_lock);
  // waiting to get a lock: each thread prints "-" every 200ms:
  while (!lck.try_lock_for(std::chrono::milliseconds(200))) {
    std::cout << "-";
  }
  // got a lock! - wait for 1s, then this thread prints "*"
  std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));
  std::cout << "*\n";
}

int main ()
{
  std::thread threads[10];
  // spawn 10 threads:
  for (int i=0; i<10; ++i)
    threads[i] = std::thread(fireworks);

  for (auto& th : threads) th.join();

  return 0;
}
std::unique_lock::unlock

解锁操作，调用它所管理的 Mutex 对象的 unlock 函数。

请看下面例子(参考)：

#include <iostream>       // std::cout
#include <thread>         // std::thread
#include <mutex>          // std::mutex, std::unique_lock, std::defer_lock

std::mutex mtx;           // mutex for critical section

void print_thread_id (int id) {
  std::unique_lock<std::mutex> lck (mtx,std::defer_lock);
  // critical section (exclusive access to std::cout signaled by locking lck):
  lck.lock();
  std::cout << "thread #" << id << '\n';
  lck.unlock();
}

int main ()
{
  std::thread threads[10];
  // spawn 10 threads:
  for (int i=0; i<10; ++i)
    threads[i] = std::thread(print_thread_id,i+1);

  for (auto& th : threads) th.join();

  return 0;
}

std::unique_lock::release

返回指向它所管理的 Mutex 对象的指针，并释放所有权。

请看下面例子(参考)：

#include <iostream>       // std::cout
#include <vector>         // std::vector
#include <thread>         // std::thread
#include <mutex>          // std::mutex, std::unique_lock

std::mutex mtx;
int count = 0;

void print_count_and_unlock (std::mutex* p_mtx) {
  std::cout << "count: " << count << '\n';
  p_mtx->unlock();
}

void task() {
  std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
  ++count;
  print_count_and_unlock(lck.release());
}

int main ()
{
  std::vector<std::thread> threads;
  for (int i=0; i<10; ++i)
    threads.emplace_back(task);

  for (auto& x: threads) x.join();

  return 0;
}
std::unique_lock::owns_lock

返回当前 std::unique_lock 对象是否获得了锁。

请看下面例子(参考)：

#include <iostream>       // std::cout
#include <vector>         // std::vector
#include <thread>         // std::thread
#include <mutex>          // std::mutex, std::unique_lock, std::try_to_lock

std::mutex mtx;           // mutex for critical section

void print_star () {
  std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx,std::try_to_lock);
  // print '*' if successfully locked, 'x' otherwise: 
  if (lck.owns_lock())
    std::cout << '*';
  else                    
    std::cout << 'x';
}

int main ()
{
  std::vector<std::thread> threads;
  for (int i=0; i<500; ++i)
    threads.emplace_back(print_star);

  for (auto& x: threads) x.join();

  return 0;
}

####std::unique_lock::operator bool()

与 owns_lock 功能相同，返回当前 std::unique_lock 对象是否获得了锁。

请看下面例子(参考)：

#include <iostream>       // std::cout
#include <vector>         // std::vector
#include <thread>         // std::thread
#include <mutex>          // std::mutex, std::unique_lock, std::try_to_lock

std::mutex mtx;           // mutex for critical section

void print_star () {
  std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx,std::try_to_lock);
  // print '*' if successfully locked, 'x' otherwise: 
  if (lck)
    std::cout << '*';
  else                    
    std::cout << 'x';
}

int main ()
{
  std::vector<std::thread> threads;
  for (int i=0; i<500; ++i)
    threads.emplace_back(print_star);

  for (auto& x: threads) x.join();

  return 0;
}
std::unique_lock::mutex

返回当前 std::unique_lock 对象所管理的 Mutex 对象的指针。

请看下面例子(参考)：

#include <iostream>       // std::cout
#include <thread>         // std::thread
#include <mutex>          // std::mutex, std::unique_lock, std::defer_lock

class MyMutex : public std::mutex {
  int _id;
public:
  MyMutex (int id) : _id(id) {}
  int id() {return _id;}
};

MyMutex mtx (101);

void print_ids (int id) {
  std::unique_lock<MyMutex> lck (mtx);
  std::cout << "thread #" << id << " locked mutex " << lck.mutex()->id() << '\n';
}

int main ()
{
  std::thread threads[10];
  // spawn 10 threads:
  for (int i=0; i<10; ++i)
    threads[i] = std::thread(print_ids,i+1);

  for (auto& th : threads) th.join();

  return 0;
}

好了，本文先介绍到这里，我们基本上介绍完了 C++11 多线程编程中两种最基本的锁类型，后面我会继续更新有关 C++11 并发编程的博客，希望感兴趣的同学继续关注 😉

C++11多线程编程之Lock讲解
知行合一 止于行善
07-19 1209
Lock类型 C++11提供两种基本类型的lock 1、lock_guard 方便线程对互斥量上锁 2、unique_lock 方便对互斥量上锁，但是提供了更好的上锁和解锁control 与锁相关的Tag类(通常作为参数传给lock_guard或者unique_lock的构造函数) std::adopt_lock   std::defer_lock_t   std::try_to
std::lock_guard的介绍(包含使用示例)
最新发布
gkxg001的博客
04-23 472
是 C++11 标准库中提供的一个模板类，用于简化互斥锁的管理，它利用了 RAII（资源获取即初始化）技术，确保在作用域结束时自动释放锁。
C++11 锁 lock
weixin_33948416的博客
06-30 281
互斥(Mutex: Mutual Exclusion) 下面的代码中两个线程连续的往int_set中插入多个随机产生的整数。 1234567891011121314 std::set&lt;int&gt; int_set;auto f = [&amp;int_set]() { try { std::random_device rd; std::mt19...
C++多线程：锁管理(lock)
热门推荐
iuices的博客
03-26 1万+
对于多线程，无法避免要使用到锁对共享资源的保护，这一节我们就来学习现代C++对于锁的管理(lock)，上一节我们已经学习了现代C++对应的mutex，直到C++17，一共有六种类型。而今天学习的锁管理，与mutex息息相关，它们都是使用RAII风格来进行锁管理，主要有下面几种：std::lock_guard(C++11)std::unique_lock(C++11)std::share_lock(C++14)std::scoped_lock(C++17)首先来简单解释一下RAII这个名称的意思：❝「RAII
C++多线程03：锁管理(lock)
这是一个c++热爱者的博客哟
01-20 1826
现代C++里提供了一系列的关于mutex和lock相关的接口。但是mutex和lock是不同的。mutex type可以是mutex等，而lock type则可以是lock_guard等。mutex的生命周期和他保护的data是一致的，可以被不同线程访问。而lock则是在一段代码中用来封装管理mutex的（lock_guard （1）创建即加锁，作用域结束自动析构解锁，无需手工解锁。（2）且不能中途解锁，必须等作用域结束才能解锁。
C++11 并发指南之Lock 详解
08-25
C++11 并发指南之Lock 详解 C++11 标准中提供了两种基本的锁类型：std::lock_guard 和 std::unique_lock。std::lock_guard 是 C++11 中定义的模板类，用于管理某个锁（Lock）对象，因此与 Mutex RAII 相关，方便...
C++11 并发指南五(stdcondition_variable 详解).docx
02-20
C++11 并发指南五(std::condition_variable 详解) std::condition_variable 是 C++11 标准中 <condition_variable> 头文件里的一个类，用于实现条件变量的功能。条件变量是一种同步机制，允许线程在某个条件下等待...
C++11 并发指南之std::mutex详解
08-25
C++11 并发指南之std::mutex详解 C++11 中的 std::mutex 是一种基本的互斥量，提供了独占所有权的特性，即不支持递归地对 std::mutex 对象上锁。std::mutex 对象提供了 lock()、unlock() 和 try_lock() 三种成员...
C++多线程：lock
weixin_62210536的博客
10-26 243
写篇文章主要是为了记录一下四种锁管理机制的源码便于以后复习。如果你想要了解更多的细节可以访问(std::timed_mutex::try_lock_for - C++中文 - API参考文档 (apiref.com)).
C++并发：锁
luyoung0001@gmail.com的博客
05-14 1239
在C++中，std::lock 是一个用于一次性锁定两个或多个互斥量（mutexes）的函数，而且还保证不会发生死锁。这是通过采用一种称为“死锁避免算法”的技术来实现的，该技术能够保证多个互斥量按照一定的顺序加锁。
学懂C++（二十六）：高级教程——深入详解 C++ 锁（Lock）在多线程开发中的应用
编程技术探索者，分享C/C++、C#、Java、数据库等开发经验，聚焦实战技巧与AI兴趣，助力编程爱好者成长。
08-13 2025
深入详解 C++ 锁（Lock）在多线程开发中的应用
c++ Lock
未来软件
05-24 4220
头文件 ZhkMutex.h #pragma once #include #pragma comment(lib, "Kernel32.lib") #define synchronized(M) for(ZhkLock M##_lock=M; M##_lock; M##_lock.SetUnlock()) class ZhkMutex { public: ZhkMutex(v
C++11多线程(四):lock详解
ceasadan的博客
01-04 2566
参考链接:http://www.cnblogs.com/haippy/p/3346477.html 目录 1.c++11 lock介绍 2.std::lock_guard 3.std::unique_lock 1.c++11 lock介绍 C++11 标准为我们提供了两种基本的锁类型，分别如下： std::lock_guard，与 Mutex RAII 相关，方便线程
c++ 自定义 lock
我不是码农的博客~~~
05-23 262
#include <windows.h> #pragma comment(lib, "Kernel32.lib") #define mylock(M) for(ZhkLock tmplock=M; tmplock; tmplock.SetUnlock()) class ZhkMutex { public: ZhkMutex(void); public: virtual ~ZhkMutex(void); public: void ZhkLock(); void U
C++ Lock
weixin_44623642的博客
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锁管理，与mutex相关使用RAII进行锁管理现代C++里提供了一系列的关于mutex和lock相关的接口。但是mutex和lock是不同的。mutex type可以是mutex等，而lock type则可以是lock_guard等。mutex的生命周期和他保护的data是一致的，可以被不同线程访问。而lock则是在一段代码中用来封装管理mutex的。lock_guard创建即加锁，作用域结束自动析构解锁，无需手工解锁。且不能中途解锁，必须等作用域结束才能解锁。
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C/C++并发编程中的锁和安全锁
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在C/C++的并发编程中，锁（lock）是一种重要的机制，用于保护共享资源免受并发访问的干扰。安全锁（safety lock）则是指更加严格的锁实现，以确保在多线程环境下的数据一致性和线程安全性。本文将介绍C/C++中常见的锁类型，以及如何正确使用它们来编写线程安全的代码。本文介绍了C/C++中常见的锁类型，包括互斥锁、递归锁和读写锁。读写锁是一种特殊的锁类型，可以同时允许多个线程对共享资源进行读操作，但只允许一个线程进行写操作。递归锁是互斥锁的一种特殊形式，允许同一个线程对锁进行多次加锁。
C++11并发编程：Lock深度解析
“C++11 并发指南之Lock 详解” C++11标准引入了对并发编程的强大支持，其中锁机制是确保多线程安全的关键部分。本指南将详细解析C++11中的两种主要锁类型以及相关辅助类，帮助开发者更好地理解和使用这些工具。 1...
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