c++lock詳解

一、c lock作用

c++lock是一種線程同步機制，用於保護共享資源的訪問。在多線程環境下，如果多個線程同時訪問了同一份數據，就會導致數據不一致的問題。通過使用c++lock，我們可以保證同一時間只有一個線程能夠訪問共享資源，從而避免了數據不一致的問題。

二、c lock用法

c++lock的用法非常簡單。我們只需要在訪問共享資源之前，通過lock()函數鎖定共享資源，訪問完成後再通過unlock()函數釋放鎖即可。下面是一段示例代碼：

#include
#include
#include

using namespace std;

int g_num = 0; // 共享資源
mutex g_mutex; // 鎖對象

void func()
{
    // 鎖定共享資源
    g_mutex.lock();
    
    // 訪問共享資源
    cout << "Thread ID: " << this_thread::get_id() < " << ++g_num << endl;
    
    // 釋放鎖
    g_mutex.unlock();
}

int main()
{
    thread t1(func);
    thread t2(func);
    
    t1.join();
    t2.join();
    
    return 0;
}

三、c lock 參數

c++lock有3種不同的鎖類型：unique_lock、lock_guard和defer_lock。其中unique_lock是最靈活的一種，支持鎖定和解鎖多次，而lock_guard則是最簡單的一種，只支持一次性鎖定。defer_lock則是延遲鎖定，即先不鎖定，等到需要訪問共享資源時再鎖定。下面是一段使用defer_lock參數的示例代碼：

#include
#include
#include

using namespace std;

int g_num = 0; // 共享資源
mutex g_mutex; // 鎖對象

void func()
{
    // 延遲鎖定
    unique_lock lock(g_mutex, defer_lock);
    
    // 訪問共享資源前先鎖定
    lock.lock();
    
    // 訪問共享資源
    cout << "Thread ID: " << this_thread::get_id() < " << ++g_num << endl;
    
    // 解鎖
    lock.unlock();
}

int main()
{
    thread t1(func);
    thread t2(func);
    
    t1.join();
    t2.join();
    
    return 0;
}

四、c lock this

c++lock使用this鎖定時，需要注意避免出現多線程死鎖的問題。如果在一個函數中多次鎖定this指針，就會出現死鎖的問題。下面是一段可能導致死鎖的示例代碼：

#include
#include
#include

using namespace std;

class Test
{
public:
    Test() : m_num(0) {}
    
    void func()
    {
        // 第一次鎖定this指針
        m_mutex.lock();
        
        // 第二次鎖定this指針，會導致死鎖
        this->m_mutex.lock();
        
        // 訪問共享資源
        cout << "Thread ID: " << this_thread::get_id() < " << ++m_num << endl;
        
        // 解鎖
        m_mutex.unlock();
    }
    
private:
    int m_num; // 共享資源
    mutex m_mutex; // 鎖對象
};

int main()
{
    Test t;
    thread t1(&Test::func, &t);
    thread t2(&Test::func, &t);
    
    t1.join();
    t2.join();
    
    return 0;
}

五、c lock 無效

c++lock可能會無效的一種情況是，不同線程使用了不同的mutex對象。因為不同的mutex對象無法鎖定同一個共享資源，所以c++lock就會無效。下面是一段可能導致c++lock無效的示例代碼：

#include
#include
#include

using namespace std;

int g_num = 0; // 共享資源
mutex g_mutex1; // 鎖對象1
mutex g_mutex2; // 鎖對象2

void func()
{
    // 使用了不同的mutex對象，無法鎖定同一份共享資源
    unique_lock lock(g_mutex1);
    
    // 訪問共享資源
    cout << "Thread ID: " << this_thread::get_id() < " << ++g_num << endl;
    
    // 解鎖
    lock.unlock();
}

int main()
{
    thread t1(func);
    thread t2(func);
    
    t1.join();
    t2.join();
    
    return 0;
}

六、c lock 參數要求

c++lock對鎖對象的要求非常嚴格，必須保證所有訪問共享資源的線程都使用同一份mutex對象。否則就會出現線程競爭的問題，導致數據不一致。下面是一段使用了不同mutex對象的示例代碼：

#include
#include
#include

using namespace std;

int g_num = 0; // 共享資源
mutex g_mutex1; // 鎖對象1
mutex g_mutex2; // 鎖對象2

void func1()
{
    // 使用了不同的mutex對象，會導致線程競爭問題
    unique_lock lock(g_mutex1);
    
    // 訪問共享資源
    cout << "Thread ID: " << this_thread::get_id() < " << ++g_num << endl;
    
    // 解鎖
    lock.unlock();
}

void func2()
{
    // 使用了不同的mutex對象，會導致線程競爭問題
    unique_lock lock(g_mutex2);
    
    // 訪問共享資源
    cout << "Thread ID: " << this_thread::get_id() < " << ++g_num << endl;
    
    // 解鎖
    lock.unlock();
}

int main()
{
    thread t1(func1);
    thread t2(func2);
    
    t1.join();
    t2.join();
    
    return 0;
}

七、clock

c++中的clock函數用於測量程序運行的時間。clock函數返回從程序開始運行起，處理器時鐘所需的時間（以時鐘周期為單位）。下面是一段使用clock函數測量程序運行時間的示例代碼：

#include
#include

using namespace std;

int main()
{
    clock_t start_time = clock(); // 記錄程序開始時間

    // 執行代碼段
    for(int i=0; i<10000000; i++);
    
    clock_t end_time = clock(); // 記錄程序結束時間
    double total_time = static_cast(end_time - start_time) / CLOCKS_PER_SEC; // 計算總時間
    
    cout << "程序運行時間：" << total_time << " 秒" << endl;
    
    return 0;
}

八、cblock

c++中的cblock語法和c++lock非常相似，都用於保護共享資源。cblock語法本質上是一種代碼塊，可以在代碼塊前後使用宏定義來自動加鎖和解鎖。下面是一段使用cblock保護共享資源的示例代碼：

#include
#include
#include

using namespace std;

int g_num = 0; // 共享資源
mutex g_mutex; // 鎖對象

#define C_BLOCK(mutex) for(unique_lock lock(mutex); true; lock.unlock()) // 宏定義，用於加鎖和解鎖

void func()
{
    C_BLOCK(g_mutex)
    {
        // 訪問共享資源
        cout << "Thread ID: " << this_thread::get_id() < " << ++g_num << endl;
    }
}

int main()
{
    thread t1(func);
    thread t2(func);
    
    t1.join();
    t2.join();
    
    return 0;
}