互斥对象和锁

锁

互斥对象的主要操作有两个，即加锁(lock)和解锁(unlock)。当一个线程对互斥对象进行lock操作并成功获得这个互斥对象的所有权，在此线程对此对象unlock前，其他线程对这个互斥对象的lock操作都会被阻塞。

多个互斥对象加锁

有些倾向需要对多个互斥对象进行加锁，考虑下面的代码：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
std::mutex mt1, mt2;
{
	std::lock_guard<std::mutex> lock1(mt1);
  	std::lock_guard<std::mutex> lock2(mt2);
}
{
 	std::lock_guard<std::mutex> lock1(mt2);
  	std::lock_guard<std::mutex> lock2(mt1);
}

上面程序中，如果线程1执行到第4行的时候恰好线程2执行到第8行，那么就会出现下面的情况：

  • 线程1持有mt1，等待mt2
  • 线程2持有mt2，等待mt1

线程1和线程2持有各自的mutex，互不松手，导致两个线程谁也运行不了，造成死锁现象。

通常情况，要含有多个互斥对象时，为了避免死锁，要求在多个线程中进行加锁时应保证其先后顺序一致，如下：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
std::mutex mt1, mt2;
{
	std::lock_guard<std::mutex> lock1(mt1);
  	std::lock_guard<std::mutex> lock2(mt2);
}
{
 	std::lock_guard<std::mutex> lock1(mt1);
  	std::lock_guard<std::mutex> lock2(mt2);
}

这样的话，即使线程1执行到第4行的时候线程2执行到第8行，由于互斥对象mt1已经被上锁，线程2只能等待线程1释放mt1，因此也就不会出现前面例子所说的死锁现象。

其实更好的做法是使用标准库中的std::lock和std::try_lock函数对多个互斥对象进行加锁，std::lock()可以对多个互斥对象一次性进行加锁。std::lock会使用一种避免死锁的算法对多个待加锁对象进行lock操作，当待加锁的对象中有不可用对象时std::lock会阻塞当前线程直到所有对象都可用。代码如下：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
std::mutex mt1, mt2;
{
	std::unique_lock<std::mutex> lock1(mt1, std::defer_lock);
  	std::unique_lock<std::mutex> lock2(mt2, std::defer_lock);
  	std::lock(lck1, lck2);
}
{
  	std::unique_lock<std::mutex> lock1(mt1, std::defer_lock);
  	std::unique_lock<std::mutex> lock2(mt2, std::defer_lock);
  	std::lock(lck2, lck1);
}