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Bemerkungen
Es ist besser, std :: shared_mutex als std :: shared_timed_mutex zu verwenden .
Der Leistungsunterschied ist mehr als doppelt so hoch.
Wenn Sie RWLock verwenden möchten, gibt es zwei Optionen.
Es ist std :: shared_mutex und shared_timed_mutex.
Sie denken vielleicht, dass std :: shared_timed_mutex nur die Version 'std :: shared_mutex + time method' ist.
Die Implementierung ist jedoch völlig anders.
Der folgende Code ist die MSVC14.1-Implementierung von std :: shared_mutex.
class shared_mutex
{
public:
typedef _Smtx_t * native_handle_type;
shared_mutex() _NOEXCEPT
: _Myhandle(0)
{ // default construct
}
~shared_mutex() _NOEXCEPT
{ // destroy the object
}
void lock() _NOEXCEPT
{ // lock exclusive
_Smtx_lock_exclusive(&_Myhandle);
}
bool try_lock() _NOEXCEPT
{ // try to lock exclusive
return (_Smtx_try_lock_exclusive(&_Myhandle) != 0);
}
void unlock() _NOEXCEPT
{ // unlock exclusive
_Smtx_unlock_exclusive(&_Myhandle);
}
void lock_shared() _NOEXCEPT
{ // lock non-exclusive
_Smtx_lock_shared(&_Myhandle);
}
bool try_lock_shared() _NOEXCEPT
{ // try to lock non-exclusive
return (_Smtx_try_lock_shared(&_Myhandle) != 0);
}
void unlock_shared() _NOEXCEPT
{ // unlock non-exclusive
_Smtx_unlock_shared(&_Myhandle);
}
native_handle_type native_handle() _NOEXCEPT
{ // get native handle
return (&_Myhandle);
}
shared_mutex(const shared_mutex&) = delete;
shared_mutex& operator=(const shared_mutex&) = delete;
private:
_Smtx_t _Myhandle;
};
void __cdecl _Smtx_lock_exclusive(_Smtx_t * smtx)
{ /* lock shared mutex exclusively */
AcquireSRWLockExclusive(reinterpret_cast<PSRWLOCK>(smtx));
}
void __cdecl _Smtx_lock_shared(_Smtx_t * smtx)
{ /* lock shared mutex non-exclusively */
AcquireSRWLockShared(reinterpret_cast<PSRWLOCK>(smtx));
}
int __cdecl _Smtx_try_lock_exclusive(_Smtx_t * smtx)
{ /* try to lock shared mutex exclusively */
return (TryAcquireSRWLockExclusive(reinterpret_cast<PSRWLOCK>(smtx)));
}
int __cdecl _Smtx_try_lock_shared(_Smtx_t * smtx)
{ /* try to lock shared mutex non-exclusively */
return (TryAcquireSRWLockShared(reinterpret_cast<PSRWLOCK>(smtx)));
}
void __cdecl _Smtx_unlock_exclusive(_Smtx_t * smtx)
{ /* unlock exclusive shared mutex */
ReleaseSRWLockExclusive(reinterpret_cast<PSRWLOCK>(smtx));
}
void __cdecl _Smtx_unlock_shared(_Smtx_t * smtx)
{ /* unlock non-exclusive shared mutex */
ReleaseSRWLockShared(reinterpret_cast<PSRWLOCK>(smtx));
}
Sie sehen, dass std :: shared_mutex in Windows Slim Reader / Write Locks implementiert ist ( https://msdn.microsoft.com/ko-kr/library/windows/desktop/aa904937(v=vs.85).aspx)
Betrachten wir nun die Implementierung von std :: shared_timed_mutex.
Der folgende Code ist die MSVC14.1-Implementierung von std :: shared_timed_mutex.
class shared_timed_mutex
{
typedef unsigned int _Read_cnt_t;
static constexpr _Read_cnt_t _Max_readers = _Read_cnt_t(-1);
public:
shared_timed_mutex() _NOEXCEPT
: _Mymtx(), _Read_queue(), _Write_queue(),
_Readers(0), _Writing(false)
{ // default construct
}
~shared_timed_mutex() _NOEXCEPT
{ // destroy the object
}
void lock()
{ // lock exclusive
unique_lock<mutex> _Lock(_Mymtx);
while (_Writing)
_Write_queue.wait(_Lock);
_Writing = true;
while (0 < _Readers)
_Read_queue.wait(_Lock); // wait for writing, no readers
}
bool try_lock()
{ // try to lock exclusive
lock_guard<mutex> _Lock(_Mymtx);
if (_Writing || 0 < _Readers)
return (false);
else
{ // set writing, no readers
_Writing = true;
return (true);
}
}
template<class _Rep,
class _Period>
bool try_lock_for(
const chrono::duration<_Rep, _Period>& _Rel_time)
{ // try to lock for duration
return (try_lock_until(chrono::steady_clock::now() + _Rel_time));
}
template<class _Clock,
class _Duration>
bool try_lock_until(
const chrono::time_point<_Clock, _Duration>& _Abs_time)
{ // try to lock until time point
auto _Not_writing = [this] { return (!_Writing); };
auto _Zero_readers = [this] { return (_Readers == 0); };
unique_lock<mutex> _Lock(_Mymtx);
if (!_Write_queue.wait_until(_Lock, _Abs_time, _Not_writing))
return (false);
_Writing = true;
if (!_Read_queue.wait_until(_Lock, _Abs_time, _Zero_readers))
{ // timeout, leave writing state
_Writing = false;
_Lock.unlock(); // unlock before notifying, for efficiency
_Write_queue.notify_all();
return (false);
}
return (true);
}
void unlock()
{ // unlock exclusive
{ // unlock before notifying, for efficiency
lock_guard<mutex> _Lock(_Mymtx);
_Writing = false;
}
_Write_queue.notify_all();
}
void lock_shared()
{ // lock non-exclusive
unique_lock<mutex> _Lock(_Mymtx);
while (_Writing || _Readers == _Max_readers)
_Write_queue.wait(_Lock);
++_Readers;
}
bool try_lock_shared()
{ // try to lock non-exclusive
lock_guard<mutex> _Lock(_Mymtx);
if (_Writing || _Readers == _Max_readers)
return (false);
else
{ // count another reader
++_Readers;
return (true);
}
}
template<class _Rep,
class _Period>
bool try_lock_shared_for(
const chrono::duration<_Rep, _Period>& _Rel_time)
{ // try to lock non-exclusive for relative time
return (try_lock_shared_until(_Rel_time
+ chrono::steady_clock::now()));
}
template<class _Time>
bool _Try_lock_shared_until(_Time _Abs_time)
{ // try to lock non-exclusive until absolute time
auto _Can_acquire = [this] {
return (!_Writing && _Readers < _Max_readers); };
unique_lock<mutex> _Lock(_Mymtx);
if (!_Write_queue.wait_until(_Lock, _Abs_time, _Can_acquire))
return (false);
++_Readers;
return (true);
}
template<class _Clock,
class _Duration>
bool try_lock_shared_until(
const chrono::time_point<_Clock, _Duration>& _Abs_time)
{ // try to lock non-exclusive until absolute time
return (_Try_lock_shared_until(_Abs_time));
}
bool try_lock_shared_until(const xtime *_Abs_time)
{ // try to lock non-exclusive until absolute time
return (_Try_lock_shared_until(_Abs_time));
}
void unlock_shared()
{ // unlock non-exclusive
_Read_cnt_t _Local_readers;
bool _Local_writing;
{ // unlock before notifying, for efficiency
lock_guard<mutex> _Lock(_Mymtx);
--_Readers;
_Local_readers = _Readers;
_Local_writing = _Writing;
}
if (_Local_writing && _Local_readers == 0)
_Read_queue.notify_one();
else if (!_Local_writing && _Local_readers == _Max_readers - 1)
_Write_queue.notify_all();
}
shared_timed_mutex(const shared_timed_mutex&) = delete;
shared_timed_mutex& operator=(const shared_timed_mutex&) = delete;
private:
mutex _Mymtx;
condition_variable _Read_queue, _Write_queue;
_Read_cnt_t _Readers;
bool _Writing;
};
class stl_condition_variable_win7 final : public stl_condition_variable_interface
{
public:
stl_condition_variable_win7()
{
__crtInitializeConditionVariable(&m_condition_variable);
}
~stl_condition_variable_win7() = delete;
stl_condition_variable_win7(const stl_condition_variable_win7&) = delete;
stl_condition_variable_win7& operator=(const stl_condition_variable_win7&) = delete;
virtual void destroy() override {}
virtual void wait(stl_critical_section_interface *lock) override
{
if (!stl_condition_variable_win7::wait_for(lock, INFINITE))
std::terminate();
}
virtual bool wait_for(stl_critical_section_interface *lock, unsigned int timeout) override
{
return __crtSleepConditionVariableSRW(&m_condition_variable, static_cast<stl_critical_section_win7 *>(lock)->native_handle(), timeout, 0) != 0;
}
virtual void notify_one() override
{
__crtWakeConditionVariable(&m_condition_variable);
}
virtual void notify_all() override
{
__crtWakeAllConditionVariable(&m_condition_variable);
}
private:
CONDITION_VARIABLE m_condition_variable;
};
Sie können sehen, dass std :: shared_timed_mutex in std :: condition_value implementiert ist.
Das ist ein großer Unterschied.
Lassen Sie uns die Leistung von zwei von ihnen überprüfen.
Dies ist das Ergebnis eines Lese- / Schreibtests für 1000 Millisekunden.
std :: shared_mutex verarbeitete Lesen / Schreiben um mehr als das Doppelte als std :: shared_timed_mutex.
In diesem Beispiel ist das Lese- / Schreibverhältnis das gleiche, aber die Leserate ist häufiger als die reale Schreibrate.
Daher kann der Leistungsunterschied größer sein.
Der Code unten ist der Code in diesem Beispiel.
void useSTLSharedMutex()
{
std::shared_mutex shared_mtx_lock;
std::vector<std::thread> readThreads;
std::vector<std::thread> writeThreads;
std::list<int> data = { 0 };
volatile bool exit = false;
std::atomic<int> readProcessedCnt(0);
std::atomic<int> writeProcessedCnt(0);
for (unsigned int i = 0; i < std::thread::hardware_concurrency(); i++)
{
readThreads.push_back(std::thread([&data, &exit, &shared_mtx_lock, &readProcessedCnt]() {
std::list<int> mydata;
int localProcessCnt = 0;
while (true)
{
shared_mtx_lock.lock_shared();
mydata.push_back(data.back());
++localProcessCnt;
shared_mtx_lock.unlock_shared();
if (exit)
break;
}
std::atomic_fetch_add(&readProcessedCnt, localProcessCnt);
}));
writeThreads.push_back(std::thread([&data, &exit, &shared_mtx_lock, &writeProcessedCnt]() {
int localProcessCnt = 0;
while (true)
{
shared_mtx_lock.lock();
data.push_back(rand() % 100);
++localProcessCnt;
shared_mtx_lock.unlock();
if (exit)
break;
}
std::atomic_fetch_add(&writeProcessedCnt, localProcessCnt);
}));
}
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(MAIN_WAIT_MILLISECONDS));
exit = true;
for (auto &r : readThreads)
r.join();
for (auto &w : writeThreads)
w.join();
std::cout << "STLSharedMutex READ : " << readProcessedCnt << std::endl;
std::cout << "STLSharedMutex WRITE : " << writeProcessedCnt << std::endl;
std::cout << "TOTAL READ&WRITE : " << readProcessedCnt + writeProcessedCnt << std::endl << std::endl;
}
void useSTLSharedTimedMutex()
{
std::shared_timed_mutex shared_mtx_lock;
std::vector<std::thread> readThreads;
std::vector<std::thread> writeThreads;
std::list<int> data = { 0 };
volatile bool exit = false;
std::atomic<int> readProcessedCnt(0);
std::atomic<int> writeProcessedCnt(0);
for (unsigned int i = 0; i < std::thread::hardware_concurrency(); i++)
{
readThreads.push_back(std::thread([&data, &exit, &shared_mtx_lock, &readProcessedCnt]() {
std::list<int> mydata;
int localProcessCnt = 0;
while (true)
{
shared_mtx_lock.lock_shared();
mydata.push_back(data.back());
++localProcessCnt;
shared_mtx_lock.unlock_shared();
if (exit)
break;
}
std::atomic_fetch_add(&readProcessedCnt, localProcessCnt);
}));
writeThreads.push_back(std::thread([&data, &exit, &shared_mtx_lock, &writeProcessedCnt]() {
int localProcessCnt = 0;
while (true)
{
shared_mtx_lock.lock();
data.push_back(rand() % 100);
++localProcessCnt;
shared_mtx_lock.unlock();
if (exit)
break;
}
std::atomic_fetch_add(&writeProcessedCnt, localProcessCnt);
}));
}
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(MAIN_WAIT_MILLISECONDS));
exit = true;
for (auto &r : readThreads)
r.join();
for (auto &w : writeThreads)
w.join();
std::cout << "STLSharedTimedMutex READ : " << readProcessedCnt << std::endl;
std::cout << "STLSharedTimedMutex WRITE : " << writeProcessedCnt << std::endl;
std::cout << "TOTAL READ&WRITE : " << readProcessedCnt + writeProcessedCnt << std::endl << std::endl;
}
std :: unique_lock, std :: shared_lock, std :: lock_guard
Wird für den RAII-Stil zum Erwerb von Try-Sperren, zeitgesteuerten Try-Sperren und rekursiven Sperren verwendet.
std::unique_lock erlaubt den ausschließlichen Besitz von Mutexen.
std::shared_lock können Mutexe gemeinsam genutzt werden. Mehrere Threads können std::shared_locks auf einem std::shared_mutex . Verfügbar ab C ++ 14.
std::lock_guard ist eine leichtgewichtige Alternative zu std::unique_lock und std::shared_lock .
#include <unordered_map>
#include <mutex>
#include <shared_mutex>
#include <thread>
#include <string>
#include <iostream>
class PhoneBook {
public:
std::string getPhoneNo( const std::string & name )
{
std::shared_lock<std::shared_timed_mutex> l(_protect);
auto it = _phonebook.find( name );
if ( it != _phonebook.end() )
return (*it).second;
return "";
}
void addPhoneNo ( const std::string & name, const std::string & phone )
{
std::unique_lock<std::shared_timed_mutex> l(_protect);
_phonebook[name] = phone;
}
std::shared_timed_mutex _protect;
std::unordered_map<std::string,std::string> _phonebook;
};
Strategien für Sperrklassen: std :: try_to_lock, std :: adopt_lock, std :: defer_lock
Beim Erstellen eines std :: unique_lock stehen drei verschiedene Sperrstrategien zur Auswahl: std::try_to_lock , std::defer_lock und std::adopt_lock
-
std::try_to_lockkann eine Sperre ohne Blockierung versucht werden:
{
std::atomic_int temp {0};
std::mutex _mutex;
std::thread t( [&](){
while( temp!= -1){
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(5));
std::unique_lock<std::mutex> lock( _mutex, std::try_to_lock);
if(lock.owns_lock()){
//do something
temp=0;
}
}
});
while ( true )
{
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
std::unique_lock<std::mutex> lock( _mutex, std::try_to_lock);
if(lock.owns_lock()){
if (temp < INT_MAX){
++temp;
}
std::cout << temp << std::endl;
}
}
}
-
std::defer_lockkann einestd::defer_lockerstellt werden, ohne die Sperre zu erhalten. Wenn mehr als ein Mutex gesperrt wird, gibt es ein Zeitfenster für einen Deadlock, wenn zwei Funktionsaufrufe gleichzeitig versuchen, die Sperren abzurufen:
{
std::unique_lock<std::mutex> lock1(_mutex1, std::defer_lock);
std::unique_lock<std::mutex> lock2(_mutex2, std::defer_lock);
lock1.lock()
lock2.lock(); // deadlock here
std::cout << "Locked! << std::endl;
//...
}
Mit dem folgenden Code werden die Sperren unabhängig von der Funktion in der entsprechenden Reihenfolge abgerufen und freigegeben:
{
std::unique_lock<std::mutex> lock1(_mutex1, std::defer_lock);
std::unique_lock<std::mutex> lock2(_mutex2, std::defer_lock);
std::lock(lock1,lock2); // no deadlock possible
std::cout << "Locked! << std::endl;
//...
}
-
std::adopt_lockversucht nicht, ein zweites Mal zu sperren, wenn der aufrufende Thread derzeit die Sperre besitzt.
{
std::unique_lock<std::mutex> lock1(_mutex1, std::adopt_lock);
std::unique_lock<std::mutex> lock2(_mutex2, std::adopt_lock);
std::cout << "Locked! << std::endl;
//...
}
Dabei ist zu beachten, dass std :: adopt_lock keinen Ersatz für die rekursive Verwendung von Mutex darstellt. Wenn die Sperre den Gültigkeitsbereich verlässt, wird der Mutex freigegeben .
std :: mutex
std :: mutex ist eine einfache, nicht rekursive Synchronisationsstruktur, die zum Schutz von Daten verwendet wird, auf die mehrere Threads zugreifen.
std::atomic_int temp{0};
std::mutex _mutex;
std::thread t( [&](){
while( temp!= -1){
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(5));
std::unique_lock<std::mutex> lock( _mutex);
temp=0;
}
});
while ( true )
{
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1));
std::unique_lock<std::mutex> lock( _mutex, std::try_to_lock);
if ( temp < INT_MAX )
temp++;
cout << temp << endl;
}
std :: scoped_lock (C ++ 17)
std::scoped_lock bietet eine RAII-Semantik für den Besitz eines weiteren Mutex in Kombination mit den von std::lock verwendeten std::lock . Wenn std::scoped_lock zerstört wird, werden Mutexe in umgekehrter Reihenfolge freigegeben, aus der sie erworben wurden.
{
std::scoped_lock lock{_mutex1,_mutex2};
//do something
}
Mutex-Typen
C ++ 1x bietet eine Auswahl an Mutex-Klassen:
- std :: mutex - bietet einfache Sperrfunktionen.
- std :: timed_mutex - bietet try_to_lock-Funktionalität
- std :: recursive_mutex - Ermöglicht das rekursive Sperren durch denselben Thread.
- std :: shared_mutex, std :: shared_timed_mutex - bietet gemeinsame und einzigartige Sperrfunktionen.
std :: lock
std::lock verwendet Deadlock-Vermeidungsalgorithmen, um ein oder mehrere Mutexe zu sperren. Wenn während eines Aufrufs eine Ausnahme ausgelöst wird, um mehrere Objekte zu sperren, gibt std::lock die erfolgreich gesperrten Objekte frei, bevor die Ausnahme erneut ausgelöst wird.
std::lock(_mutex1, _mutex2);
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