c++11线程库提供了std::mutex,方便地实现跨平台的互斥锁，提供了std::atomic模板实现原子操作。但标准中没有强制要求std::atomic模板的各种实例化保证提供的操作接口是真正的无锁实现，标准中要求保证是无锁实现的只有std::atomic_flag类，此类没有 lock unlock try_lock接口，只有test_and_set和clear。利用std::atomic_flag可以方便地实现跨平台的旋转锁。旋转锁的效率要比std::mutex高出很多，但CPU的使用率也要高出很多。为了兼具高效率和低CPU使用率，可以在加锁时先按旋转锁方式尝试一定的次数，如果指定次数尝试加锁失败再转而调用等待。以下是c++11的实现，按照通用做法，提供 lock unlock try_lock三个操作接口：
#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时不停地尝试加锁直到成功，参见cppreference.com上的示例。
spin_mutex类实现了和std::mutex一样的功能，加锁时先循环指定次数加锁，加锁成功即返回，加锁失败即进入等待，注意这里的条件变量等待只能使用wait_for并且等待的时间不能太长，因为条件变量有两个缺点：假唤醒和先唤醒再等待无法等待返回。因为我们的spin_mutex加解锁靠的仅仅是std::atomic_flag，mutex和condition_variable仅仅是用作一个等待作用以不至于CPU使用率太高，因此这里用wait_for就避免开了条件变量的两个缺点。wait_for等待的时间先是很短，尝试次数增多再增加等待时间，以减少CPU使用率且出现先唤醒再等待时不会等待很长时间。解锁的时候先解锁，再调用notify_all唤醒所有等待线程立即开始抢占。
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作者：mymodian
来源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/mymodian9612/article/details/53728176
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