c++11線程庫提供了std::mutex,方便地實現(xiàn)跨平臺的互斥鎖，提供了std::atomic模板實現(xiàn)原子操作。但標準中沒有強制要求std::atomic模板的各種實例化保證提供的操作接口是真正的無鎖實現(xiàn)，標準中要求保證是無鎖實現(xiàn)的只有std::atomic_flag類，此類沒有 lock unlock try_lock接口，只有test_and_set和clear。利用std::atomic_flag可以方便地實現(xiàn)跨平臺的旋轉(zhuǎn)鎖。旋轉(zhuǎn)鎖的效率要比std::mutex高出很多，但CPU的使用率也要高出很多。為了兼具高效率和低CPU使用率，可以在加鎖時先按旋轉(zhuǎn)鎖方式嘗試一定的次數(shù)，如果指定次數(shù)嘗試加鎖失敗再轉(zhuǎn)而調(diào)用等待。以下是c++11的實現(xiàn)，按照通用做法，提供 lock unlock try_lock三個操作接口：
#ifndef __SPIN_MUTEX_H_
#define __SPIN_MUTEX_H_
#include <mutex>
#include <atomic>
#include <chrono>
#include <condition_variable>
class spin_lock
{
public:
spin_lock()
{
flg_.clear(std::memory_order_release);
}
~spin_lock() = default;
public:
void lock()
{
for (; flg_.test_and_set(std::memory_order_acquire););
}
bool try_lock()
{
int _try_cnt = 100;
for (; _try_cnt > 0 && flg_.test_and_set(std::memory_order_acquire); --_try_cnt);
if (_try_cnt > 0)
return true;
return false;
}
void unlock()
{
flg_.clear(std::memory_order_release);
}
private:
spin_lock(const spin_lock&) = delete;
spin_lock(spin_lock&&) = delete;
spin_lock& operator=(const spin_lock&) = delete;
spin_lock& operator=(spin_lock&&) = delete;
private:
std::atomic_flag flg_;
};
class spin_mutex
{
public:
spin_mutex()
{
flg_.clear(std::memory_order_release);
}
explicit spin_mutex(int _try_cnt)
: try_cnt_(_try_cnt)
{
flg_.clear(std::memory_order_release);
}
~spin_mutex() = default;
public:
void lock()
{
for (int millis = 5;; millis = (millis < 100 ? millis << 2 : millis))
{
int _try_cnt = try_cnt_;
for (; _try_cnt > 0 && flg_.test_and_set(std::memory_order_acquire); --_try_cnt);
if (_try_cnt > 0)
return;
std::unique_lock<std::mutex> ulk(mut_);
cond_.wait_for(ulk, std::chrono::milliseconds(millis));
}
}
bool try_lock()
{
int _try_cnt = try_cnt_;
for (; _try_cnt > 0 && flg_.test_and_set(std::memory_order_acquire); --_try_cnt);
if (_try_cnt > 0)
return true;
return false;
}
void unlock()
{
flg_.clear(std::memory_order_release);
cond_.notify_all();
}
private:
spin_mutex(const spin_mutex&) = delete;
spin_mutex(spin_mutex&&) = delete;
spin_mutex& operator=(const spin_mutex&) = delete;
spin_mutex& operator=(spin_mutex&&) = delete;
private:
std::mutex mut_;
std::atomic_flag flg_;
std::condition_variable cond_;
int try_cnt_{ 200 };
};
#endif
spin_lock是直接使用std::atomic_flag，lock時不停地嘗試加鎖直到成功，參見cppreference.com上的示例。
spin_mutex類實現(xiàn)了和std::mutex一樣的功能，加鎖時先循環(huán)指定次數(shù)加鎖，加鎖成功即返回，加鎖失敗即進入等待，注意這里的條件變量等待只能使用wait_for并且等待的時間不能太長，因為條件變量有兩個缺點：假喚醒和先喚醒再等待無法等待返回。因為我們的spin_mutex加解鎖靠的僅僅是std::atomic_flag，mutex和condition_variable僅僅是用作一個等待作用以不至于CPU使用率太高，因此這里用wait_for就避免開了條件變量的兩個缺點。wait_for等待的時間先是很短，嘗試次數(shù)增多再增加等待時間，以減少CPU使用率且出現(xiàn)先喚醒再等待時不會等待很長時間。解鎖的時候先解鎖，再調(diào)用notify_all喚醒所有等待線程立即開始搶占。
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作者：mymodian
來源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/mymodian9612/article/details/53728176
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