线程间互斥-mutex互斥锁和lock_guard

要点

• 锁+双重判断的技法

• 竟态条件：多线程程序执行的结果一致，不会随着CPU对线程不同的调用顺序

线程间安全实例——3个窗口同时卖票

线程不安全的代码如下

int ticketCount = 100; // 100张车票
// 模拟10个窗口同时卖票
void sellTicket(int index)
{
	while (ticketCount > 0)
	{
		//cout 
		cout  ticketCount  endl; // 打印当前剩余票数
		ticketCount--;
		std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
	}
}
int main()
{
	liststd::thread> tlist;
	for (int i = 1; i  3; ++i)
	{
		tlist.push_back(std::thread(sellTicket, i));
	}

	for (std::thread& t : tlist)
	{
		t.join();
	}

	cout  "所有窗口卖票结束!"  endl;
	return	0;
}

输出的部分结果里有很多重复的数字，相当于同一张票被卖出多次，原因在于

ticketCount–; 是线程不安全的，理由如下

某一时刻ticketCount = 99，thread1此时调用ticketCount–,执行到sub eax时执行线程切换到另一个线程thread2中，此时ticketCount仍为99，执行完3条汇编后ticketCount = 98，此时再切换回thread1，继续执行完后面汇编，也使ticketCount = 98,这里就导致同时输出两次98；

解决方法

保证某一线程ticketCount–没做完，其他线程不允许做ticketCount–操作，可以使用加mutex互斥锁的方法：

void sellTicket(int index)
{
	mtx.lock();
	while (ticketCount > 0)
	{
		//cout 
		cout  ticketCount  endl; // 打印当前剩余票数
		ticketCount--;
		std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
	}
	mtx.unlock();
}

但是这样的加锁问题在于锁粒度太大，可以进一步缩小，采用锁+双重判断的方法：

void sellTicket(int index)
{
	while (ticketCount > 0)
	{
		mtx.lock();
		if (ticketCount > 0) // !!!
		{
			cout  "窗口："  index  "卖出第："  ticketCount  "张票"  endl;
			//cout 
			ticketCount--;
		}
		mtx.unlock();
		std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
	}
}

这里if (ticketCount > 0) 判断必须加，如果不加，当ticketCount = 1时，切换到其他线程卖完后ticketCount = 0 ，切换回原线程继续卖票就变成可以卖第0张票，不合法

lock_guard和unique_lock

lock_guard

lock_guard不能用在函数参数传递或返回过程中，只能用在简单的临界区代码段互斥操作；

类似于scoped_str；

lock_guard是对std::mutex的封装，拷贝构造和赋值函数被delete,它是RAII技术的实践，创建对象时就加锁，出作用域析构调用解锁，用lock_guard替换上面案例的mutex:

void sellTicket(int index)
{
	while (ticketCount > 0)
	{
		//mtx.lock();
		{
			lock_guardstd::mutex> lock(mtx); // 
			if (ticketCount > 0)
			{
				cout  "窗口："  index  "卖出第："  ticketCount  "张票"  endl;
				ticketCount--;
			}
		} 
		//mtx.unlock();
		std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
	}
}

unique_lock

unique_lock不仅可用在函数参数传递或返回过程中,还能用在函数调用中，如 和条件变量函数一起使用：

unique_lockstd::mutex> lck(mtx);

cv.wait(lck); // => #1.使线程进入等待状态 #2.lck.unlock可以把mtx给释放掉

unique_lock 也是对mutex的封装，它也可以像lock_guard一样使用，同时它支持手动调用lock 和unlock,会帮助检查是否忘记调用unlock，使用例子如下：

void sellTicket(int index)
{
	while (ticketCount > 0)
	{
		{
			unique_lockstd::mutex> lck(mtx);
			lck.lock();
			if (ticketCount > 0)
			{
				cout  "窗口："  index  "卖出第："  ticketCount  "张票"  endl;
				ticketCount--;
			}
			lck.unlock();
		} 
		std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
	}
}

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