std::lock_guard
和 std::unique_lock
都是 C++ 标准库提供的 RAII(Resource Acquisition Is Initialization)风格的锁机制,用于在作用域内管理互斥量 (std::mutex
) 的锁定和解锁操作。它们帮助开发者更安全地处理多线程中的互斥量,避免手动锁定和解锁带来的潜在错误。
std::lock_guard
std::lock_guard
是一种简单的、不可重入的互斥量封装器。它在构造时锁定互斥量,在析构时自动解锁,非常适合用于存在明确作用域的临界区。
主要特点:
- 简单:只支持在构造时锁定,在析构时解锁,不支持手动解锁或重新锁定。
- 高效:因为其设计简单,没有额外的开销。
用法示例:
cpp
#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
std::mutex mtx;
void print_message(const std::string& message) {
// 创建lock_guard对象,自动锁定互斥量
std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
std::cout << message << std::endl;
// 在lock_guard对象析构时,自动解锁互斥量
}
int main() {
std::thread t1(print_message, "Hello from thread 1");
std::thread t2(print_message, "Hello from thread 2");
t1.join();
t2.join();
return 0;
}
std::unique_lock
std::unique_lock
提供了比 std::lock_guard
更灵活的锁管理功能。它允许手动锁定和解锁,并且可以延迟锁定或尝试锁定。
主要特点:
- 灵活性:可以手动解锁和重新锁定,可以延迟锁定,还可以尝试锁定。
- 更多功能:支持条件变量的等待操作,需要传递
std::unique_lock
。
用法示例:
cpp
#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;
void worker() {
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
{
std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
ready = true;
}
cv.notify_one();
}
int main() {
std::thread t(worker);
{
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
cv.wait(lock, [] { return ready; });
}
std::cout << "Worker thread is done!" << std::endl;
t.join();
return 0;
}
在这个例子中,std::unique_lock
被用来等待条件变量。因为 cv.wait
需要传入一个 std::unique_lock
对象,所以我们必须使用 std::unique_lock
而不是 std::lock_guard
。
比较:
std::lock_guard
:用于简单的、作用域明确的互斥量锁定。它没有解锁或重新锁定的功能。std::unique_lock
:用于需要更复杂锁定行为的场景,如条件变量等待、手动解锁和重新锁定等。
选择哪一个取决于你的需求。如果你只需要简单的锁定机制,std::lock_guard
是首选,因为它更简单和高效。如果你需要更细粒度的控制和灵活性,那么 std::unique_lock
更为适用。
std::unique_lock
提供了手动解锁和重新锁定互斥量的功能,这使得它比 std::lock_guard
更加灵活。你可以使用 unlock()
来手动解锁互斥量,使用 lock()
来重新锁定互斥量。
下面是一个演示如何手动解锁和重新锁定互斥量的例子:
cpp
#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
std::mutex mtx;
void worker() {
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
std::cout << "Worker thread has locked the mutex." << std::endl;
// 手动解锁互斥量
lock.unlock();
std::cout << "Worker thread has unlocked the mutex." << std::endl;
// 模拟某些工作在互斥量未锁定的情况下进行
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
// 重新锁定互斥量
lock.lock();
std::cout << "Worker thread has re-locked the mutex." << std::endl;
}
int main() {
std::thread t(worker);
// 主线程等待一段时间,以确保worker线程首先运行
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
{
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
std::cout << "Main thread has locked the mutex." << std::endl;
}
t.join();
return 0;
}
在这个例子中,worker
函数中的线程首先通过 std::unique_lock
锁定互斥量,然后手动调用 unlock()
解锁它。接下来,线程模拟一些工作(在此期间互斥量处于未锁定状态),然后再次调用 lock()
重新锁定互斥量。
这种能力对于需要在临界区内执行一部分工作后释放互斥量,然后再进入另一个临界区的场景非常有用。需要注意的是,手动解锁和重新锁定增加了代码的复杂性,因此应谨慎使用,以避免引入竞争条件或死锁等问题。