C++线程之读写锁

约定不等于承诺〃 2022-05-20 09:58 214阅读 0赞

随着C++ 14的发布，出现了读写锁。  
这个用法很简单，应用也比较广泛。  
**要做到的是：**任意读线程可以同时访问关键区域，但是只允许一个线程写入。

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虽然读写器锁不能解决根本问题——线程竞争访问关键区域。但是读写器锁有很多用处—至少可以优化读操作的进行。  
让我们举个例子：

// readerWriterLock.cpp
    
    #include <iostream>
    #include <map>
    #include <shared_mutex>
    #include <string>
    #include <thread>
    
    std::map<std::string,int> teleBook{
       {
       "Dijkstra",1972},{
       "Scott",1976},{
       "Ritchie",1983}};
    
    std::shared_timed_mutex teleBookMutex;
    
    void addToTeleBook(const std::string& na, int tele){
      std::lock_guard<std::shared_timed_mutex> writerLock(teleBookMutex);
      std::cout << "\nSTARTING UPDATE " << na;
      std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(500));
      teleBook[na]= tele;
      std::cout << " ... ENDING UPDATE " << na << std::endl;
    }
    
    void printNumber(const std::string& na){
      std::shared_lock<std::shared_timed_mutex> readerLock(teleBookMutex);
      std::cout << na << ": " << teleBook[na];
    }
    
    int main(){
    
      std::cout << std::endl;
    
      std::thread reader1([]{ printNumber("Scott"); });
      std::thread reader2([]{ printNumber("Ritchie"); });
      std::thread w1([]{ addToTeleBook("Scott",1968); });
      std::thread reader3([]{ printNumber("Dijkstra"); });
      std::thread reader4([]{ printNumber("Scott"); });
      std::thread w2([]{ addToTeleBook("Bjarne",1965); });
      std::thread reader5([]{ printNumber("Scott"); });
      std::thread reader6([]{ printNumber("Ritchie"); });
      std::thread reader7([]{ printNumber("Scott"); });
      std::thread reader8([]{ printNumber("Bjarne"); });
    
      reader1.join();
      reader2.join();
      reader3.join();
      reader4.join();
      reader5.join();
      reader6.join();
      reader7.join();
      reader8.join();
      w1.join();
      w2.join();
    
      std::cout << std::endl;
    
      std::cout << "\nThe new telephone book" << std::endl;
      for (auto teleIt: teleBook){
        std::cout << teleIt.first << ": " << teleIt.second << std::endl;
      }
    
      std::cout << std::endl;
    
    }

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第9行中的teleBook是共享变量，它必须被保护。  
8个线程要读teleBook，2个线程要修改（行30—39）它。  
要同时访问teleBook，读线程使用`std::shared_lock<std::shared_timed_mutex>>`第22行，这与写入线程相反，写入线程需要独占访问临界区。  
而排他性由第14行中的`std::lock_guard<std::shared_timed_mutex>>`给出。最后，程序显示（第54-57行）更新后的teleBook。  
![这里写图片描述][70]  
屏幕截图显示，读取线程的输出是重叠的，而写入线程则是一个接一个地执行的。这意味着读取操作是同时进行的。

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##### 未定义的的行为 #####

上面的程序有未定义的行为。啥？停几秒钟思考一下。  
顺便说一下，std::cout的并发访问不是问题,是线程安全的。  
竞争条件的特征是，至少两个线程同时访问共享变量，其中至少一个是写入器。  
确切地说在程序中发生了什么？  
**有序关联容器的一个特征是容器的读取可以修改它**。如果元素在容器中不可用，则会发生这种情况：  
例如“Bjarne”，如果在teleBook中找不到“Bjarne”，则map容器会从读取操作中创建一对（“Bjarne”，0）。更多请看std::map的操作特点。

https://en.cppreference.com/w/cpp/container/map

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原文地址：

http://www.modernescpp.com/index.php/reader-writer-locks

[70]: /images/20220520/c1bfd322e8f54819b89d8e65e46de1b8.png