多线程并发--unique_lock lock

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。
类型 效果 

defer_lock_t 不获得互斥的所有权
try_to_lock_t 尝试获得互斥的所有权而不阻塞
adopt_lock_t 假设调用方线程已拥有互斥的所有权

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， Lockable 类型，在 BasicLockable 类型的基础上新增了 try_lock 操作、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 deleted	lock_guard (const lock_guard&) = delete;

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()）。

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。

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

#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;
}