C++封装POSIX 线程库（一）互斥锁的封装

拼搏现实的明天。 2022-09-24 04:27 180阅读 0赞

# C++封装POSIX 线程库（一）互斥锁的封装 #

在知乎上有人吐槽说C++11多线程库做的太复杂，建议自己封装一蛤，只要一个下午就搞定了。当然我没有陈硕老师那么大本事，花了几天时间，学习了一下把POSIX Pthread进行简单的封装。

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## **1.互斥锁简介** ##

互斥锁主要用于互斥，互斥是一种**竞争关系**，用来保护临界资源一次只被一个线程访问。  
POSIX Pthread提供下面函数用来操作互斥锁。

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t  *mutex,  const  pthread_mutexattr_t *mutexattr);
    int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
    int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
    int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
    int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
    //返回：
    //pthread_mutex_init总是返回0
    //其他mutex函数返回0表示成功，非0的错误码表示失败

由于pthread系列函数返回成功的时候都是0，因此，我们可以写一个宏作为一个轻量级的检查手段，来判断处理错误。

#define CHECK(exp) \
        if(!exp) \
        { \
            fprintf(stderr, "File:%s, Line:%d Exp:[" #exp "] is true, abort.\n",__FILE__, __LINE__); abort();\
        }

实际使用的时候只需：

CHECK(!pthread_mutex_lock(&mutex));

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## **2.互斥锁的封装** ##

需要考虑以下几个问题：

> a.互斥锁的初始化与销毁。  
> b.互斥锁的操作：加锁和释放锁。

另外，我们的自己封装的类不应该有赋值和拷贝构造的语义，这一点跟单例模式类似，我们可以使我们的类继承自boost库的noncopyable。

//MutexLock.h
    
    #ifndef __MUTEXLOCK_H__
    #define __MUTEXLOCK_H__
    #include <iostream>
    #include <cstdio>
    #include <boost/noncopyable.hpp>
    #include <pthread.h>
    #include <assert.h>
    
    #define CHECK(exp) \
        if(!exp) \
    { \
        fprintf(stderr, "File:%s, Line:%d Exp:[" #exp "] is true, abort.\n",__FILE__, __LINE__); abort();\
    }
    
    class MutexLock : public boost::noncopyable
    {
        friend class Condition;//条件变量友元声明
        public:
            MutexLock();
            ~MutexLock();
            void lock();
            void unlock();
            bool isLocking() const 
            {
                return isLocking_;
            }
            pthread_mutex_t *getMutexPtr()
            {
                return &mutex_;
            }
        private:
            void restoreMutexStatus()
            {
                isLocking_=true;
            }
            pthread_mutex_t mutex_;//互斥锁
            bool isLocking_;
    };
    #endif

这里完成了Thread 类的声明，但是这里还需要一些补充，那就是使用**[RAII（资源获取即初始化）][RAII]**技术，对MutexLock初始化和析构进行处理：初始化的时候加锁，析构的时候解锁，这就需要我们重新定义一个`class MutexLockGuard`对`MutexLock`进行操作

//MutexLock.h
    
    class MutexLockGuard:public boost::noncopyable
    {
        public:
            MutexLockGuard(MutexLock &mutex):mutex_(mutex){ mutex_.lock();}//构造时加锁
            ~MutexLockGuard()//析构时解锁
            {
                mutex_.unlock();
            }
    
        private:
            MutexLock &mutex_;
    };

下面就要具体实现几个函数了，主要是：  
`pthread_mutex_init()`、`pthread_mutex_destroy()`、`pthread_mutex_lock()`、`pthread_mutex_unlock()`这四个函数的封装：

//MutexLock.cpp
    
    #include "MutexLock.h"
    MutexLock::MutexLock():isLocking_(false)
    {
        CHECK(!pthread_mutex_init(&mutex_,NULL));
    }
    MutexLock::~MutexLock()
    {
        assert(!isLocking());
        CHECK(!pthread_mutex_destroy(&mutex_));
    }
    
    void MutexLock::lock()
    {
        CHECK(!pthread_mutex_lock(&mutex_))//先加锁再修改状态，保证以下赋值操作的原子性。
        isLocking_=true;
    }
    
    void MutexLock::unlock()
    {
        isLocking_=false;//先修改状态在解锁，保证赋值操作的原子性。
        CHECK(!pthread_mutex_unlock(&mutex_));
    }

封装以后，我们使用：

MutexLockGurad lock(mutex);

对临界区进行加锁，而只要我们控制好`lock`变量的生存期，就能控制临界区，例如：

int count=0;
    {
        MutexLockGurad lock(mutex);
        count++;
    }//临界区
    //...
    //离开lock的作用域，lock作为栈上变量，自动释放，调用析构函数，同时释放锁。

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## **3.参考** ##

1.[http://www.cnblogs.com/inevermore/p/4008382.html][http_www.cnblogs.com_inevermore_p_4008382.html]  
2.《Linux多线程服务端编程—使用muduoC++ 网络库》

[RAII]: https://en.wikipedia.org/wiki/Resource_Acquisition_Is_Initialization
[http_www.cnblogs.com_inevermore_p_4008382.html]: http://www.cnblogs.com/inevermore/p/4008382.html