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c++中的读写锁

news/2024/10/6 18:28:44

读写锁是一种特殊的锁机制，允许多个线程同时读取共享数据，但在写入共享数据时，只有一个线程可以进行写操作，其他线程必须等待。

这种机制对于读多写少的场景非常有效，可以提高并发性能。以下是通过 shared_lock、unique_lock、shared_mutex 和 mutex 的解释来说明读写锁的实现和应用。

1. 基本概念

读锁（Shared Lock）：
- 使用 shared_lock 加锁，允许多个线程同时持有读锁，这样它们可以并发地读取共享数据。
- 在持有读锁的情况下，其他线程仍然可以获取读锁，但无法获取写锁。
写锁（Exclusive Lock）：
- 使用 unique_lock 加锁，只有一个线程可以持有写锁。持有写锁的线程在写入数据时，其他线程无法获取任何类型的锁（无论是读锁还是写锁）。
- 写锁的目的在于保证数据的安全性和一致性。

2. `shared_mutex` 与 `mutex`

shared_mutex：
- 是 C++14 引入的一个互斥体类型，专门用于支持读写锁。
  -** 它支持共享锁（通过 shared_lock）和独占锁（通过 unique_lock）**。通过这种方式，多个线程可以安全地读取数据，而在写入数据时，可以保证只有一个线程在写。
mutex：
- 是最基本的互斥体，提供了互斥访问共享资源的功能。
- 使用 mutex 时，如果一个线程持有锁，其他线程都无法访问受保护的资源。

3. 示例代码

以下是一个示例，展示了如何使用 shared_mutex、shared_lock 和 unique_lock 实现一个简单的读写锁：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <shared_mutex>
#include <vector>
#include <chrono>class SharedData {
private:int data;mutable std::shared_mutex mutex;public:SharedData() : data(0) {}// 读操作int read() const {std::shared_lock<std::shared_mutex> lock(mutex); // 共享锁return data;}// 写操作void write(int value) {std::unique_lock<std::shared_mutex> lock(mutex); // 独占锁data = value;}
};// 读线程函数
void reader(SharedData& shared_data, int id) {for (int i = 0; i < 5; ++i) {std::cout << "Reader " << id << " reads: " << shared_data.read() << std::endl;std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));}
}// 写线程函数
void writer(SharedData& shared_data, int value) {for (int i = 0; i < 5; ++i) {shared_data.write(value);std::cout << "Writer writes: " << value << std::endl;std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(300));value++; // 增加写入值}
}int main() {SharedData shared_data;// 创建读线程std::vector<std::thread> readers;for (int i = 0; i < 3; ++i) {readers.emplace_back(reader, std::ref(shared_data), i);}// 创建写线程std::thread writer_thread(writer, std::ref(shared_data), 0);// 等待线程完成for (auto& r : readers) {r.join();}writer_thread.join();return 0;
}