c++11線程為什么需要互斥量

這篇文章給大家分享的是有關(guān)c++11線程為什么需要互斥量的內(nèi)容。小編覺(jué)得挺實(shí)用的，因此分享給大家做個(gè)參考，一起跟隨小編過(guò)來(lái)看看吧。

為什么需要互斥量

在多任務(wù)操作系統(tǒng)中，同時(shí)運(yùn)行的多個(gè)任務(wù)可能都需要使用同一種資源。這個(gè)過(guò)程有點(diǎn)類(lèi)似于，公司部門(mén)里，我在使用著打印機(jī)打印東西的同時(shí)（還沒(méi)有打印完），別人剛好也在此刻使用打印機(jī)打印東西，如果不做任何處理的話，打印出來(lái)的東西肯定是錯(cuò)亂的。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include <iostream>
#include <string>
#include <chrono>
#include <thread>

// 打印機(jī)
void printer(const char *str)
{
    while(*str != '\0')
    {
        std::cout << *str;
        str++;
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));
    }
    std::cout << std::endl;
}

// 線程一
void func1()
{
    const char *str = "hello";
    printer(str);
}

// 線程二
void func2()
{
    const char *str = "world";
    printer(str);
}


void mytest()
{
    std::thread t1(func1);
    std::thread t2(func2);

    t1.join();
    t2.join();

    return;
}

int main()
{
    mytest();

    system("pause");
    return 0;
}

獨(dú)占互斥量std::mutex

互斥量的基本接口很相似，一般用法是通過(guò)lock()方法來(lái)阻塞線程，直到獲得互斥量的所有權(quán)為止。在線程獲得互斥量并完成任務(wù)之后，就必須使用unlock()來(lái)解除對(duì)互斥量的占用，lock()和unlock()必須成對(duì)出現(xiàn)。try_lock()嘗試鎖定互斥量，如果成功則返回true, 如果失敗則返回false，它是非阻塞的。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include <iostream>
#include <string>
#include <chrono>
#include <thread>
#include <mutex>

std::mutex g_lock; //全局互斥鎖對(duì)象，#include <mutex>

// 打印機(jī)
void printer(const char *str)
{
    g_lock.lock(); //上鎖
    while(*str != '\0')
    {
        std::cout << *str;
        str++;
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));
    }
    std::cout << std::endl;
    g_lock.unlock(); // 解鎖
}

// 線程一
void func1()
{
    const char *str = "hello";
    printer(str);
}

// 線程二
void func2()
{
    const char *str = "world";
    printer(str);
}


void mytest()
{
    std::thread t1(func1);
    std::thread t2(func2);

    t1.join();
    t2.join();

    return;
}

int main()
{
    mytest();

    system("pause");
    return 0;
}

使用std::lock_guard可以簡(jiǎn)化lock/unlock的寫(xiě)法，同時(shí)也更安全，因?yàn)閘ock_guard在構(gòu)造時(shí)會(huì)自動(dòng)鎖定互斥量，而在退出作用域后進(jìn)行析構(gòu)時(shí)就會(huì)自動(dòng)解鎖，從而避免忘了unlock操作。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include <iostream>
#include <string>
#include <chrono>
#include <thread>
#include <mutex>

std::mutex g_lock; //全局互斥鎖對(duì)象，#include <mutex>

// 打印機(jī)
void printer(const char *str)
{
    std::lock_guard<std::mutex> locker(g_lock); // lock_guard 上鎖
    while(*str != '\0')
    {
        std::cout << *str;
        str++;
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));
    }
    std::cout << std::endl;
    // 即將推出作用域 lock_guard 會(huì)自動(dòng)解鎖
}

// 線程一
void func1()
{
    const char *str = "hello";
    printer(str);
}

// 線程二
void func2()
{
    const char *str = "world";
    printer(str);
}


void mytest()
{
    std::thread t1(func1);
    std::thread t2(func2);

    t1.join();
    t2.join();

    return;
}

int main()
{
    mytest();

    system("pause");
    return 0;
}

原子操作

所謂的原子操作，取的就是“原子是最小的、不可分割的最小個(gè)體”的意義，它表示在多個(gè)線程訪問(wèn)同一個(gè)全局資源的時(shí)候，能夠確保所有其他的線程都不在同一時(shí)間內(nèi)訪問(wèn)相同的資源。也就是他確保了在同一時(shí)刻只有唯一的線程對(duì)這個(gè)資源進(jìn)行訪問(wèn)。這有點(diǎn)類(lèi)似互斥對(duì)象對(duì)共享資源的訪問(wèn)的保護(hù)，但是原子操作更加接近底層，因而效率更高。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include <iostream>
#include <string>
#include <chrono>
#include <thread>

//全局的結(jié)果數(shù)據(jù)
long total = 0;

//點(diǎn)擊函數(shù)
void func()
{
    for(int i = 0;  i < 1000000; ++i)
    {
        // 對(duì)全局?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)鎖訪問(wèn)
        total += 1;
    }
}


void mytest()
{
    clock_t start = clock();    // 計(jì)時(shí)開(kāi)始

    //線程
    std::thread t1(func);
    std::thread t2(func);

    t1.join();
    t2.join();

    clock_t end = clock();    // 計(jì)時(shí)結(jié)束

    std::cout << "total = " << total << std::endl;
    std::cout << "time = " << end-start << " ms" << std::endl;


    return;
}

int main()
{
    mytest();

    system("pause");
    return 0;
}

由于線程間對(duì)數(shù)據(jù)的競(jìng)爭(zhēng)而導(dǎo)致每次運(yùn)行的結(jié)果都不一樣。因此，為了防止數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，我們需要對(duì)total進(jìn)行原子操作。

通過(guò)互斥鎖進(jìn)行原子操作：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include <iostream>
#include <string>
#include <chrono>
#include <thread>
#include <mutex>

std::mutex g_lock;

//全局的結(jié)果數(shù)據(jù)
long total = 0;

//點(diǎn)擊函數(shù)
void func()
{
    for(int i = 0;  i < 1000000; ++i)
    {
        g_lock.lock(); // 加鎖
        total += 1;
        g_lock.unlock(); // 加鎖
    }
}


void mytest()
{
    clock_t start = clock();    // 計(jì)時(shí)開(kāi)始

    //線程
    std::thread t1(func);
    std::thread t2(func);

    t1.join();
    t2.join();

    clock_t end = clock();    // 計(jì)時(shí)結(jié)束

    std::cout << "total = " << total << std::endl;
    std::cout << "time = " << end-start << " ms" << std::endl;


    return;
}

int main()
{
    mytest();

    system("pause");
    return 0;
}

每次運(yùn)行的結(jié)果都一樣，只是耗時(shí)長(zhǎng)點(diǎn)。

在新標(biāo)準(zhǔn)C++11，引入了原子操作的概念。

如果我們?cè)诙鄠€(gè)線程中對(duì)這些類(lèi)型的共享資源進(jìn)行操作，編譯器將保證這些操作都是原子性的，也就是說(shuō)，確保任意時(shí)刻只有一個(gè)線程對(duì)這個(gè)資源進(jìn)行訪問(wèn)，編譯器將保證多個(gè)線程訪問(wèn)這個(gè)共享資源的正確性。從而避免了鎖的使用，提高了效率。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include <iostream>
#include <string>
#include <chrono>
#include <thread>
#include <atomic>

//原子數(shù)據(jù)類(lèi)型
std::atomic<long> total(0); //需要頭文件 #include <atomic>

//點(diǎn)擊函數(shù)
void func()
{
    for(int i = 0;  i < 1000000; ++i)
    {
        // 
        total += 1;
    }
}


void mytest()
{
    clock_t start = clock();    // 計(jì)時(shí)開(kāi)始

    //線程
    std::thread t1(func);
    std::thread t2(func);

    t1.join();
    t2.join();

    clock_t end = clock();    // 計(jì)時(shí)結(jié)束

    std::cout << "total = " << total << std::endl;
    std::cout << "time = " << end-start << " ms" << std::endl;


    return;
}

int main()
{
    mytest();

    system("pause");
    return 0;
}

原子操作的實(shí)現(xiàn)跟普通數(shù)據(jù)類(lèi)型類(lèi)似，但是它能夠在保證結(jié)果正確的前提下，提供比mutex等鎖機(jī)制更好的性能。

感謝各位的閱讀！關(guān)于“c++11線程為什么需要互斥量”這篇文章就分享到這里了，希望以上內(nèi)容可以對(duì)大家有一定的幫助，讓大家可以學(xué)到更多知識(shí)，如果覺(jué)得文章不錯(cuò)，可以把它分享出去讓更多的人看到吧！