Boost Thread学习笔记二

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Boost Thread学习笔记二

2009年07月22日 星期三 下午 6:05

除了thread，boost ::thread另一个重要组成部分是mutex，以及工作在mutex上的boost ::mutex ::scoped_lock、condition和barrier，这些都是为实现线程同步提供的。 mutex boost提供的mutex有 6种： boost ::mutex boost ::try_mutex boost ::timed_mutex boost ::recursive_mutex boost ::recursive_try_mutex boost ::recursive_timed_mutex 下面仅对boost ::mutex进行分析。 mutex类是一个CriticalSection（临界区）封装类，它在构造函数中新建一个临界区并InitializeCriticalSection，然后用一个成员变量 void * m_mutex ; 来保存该临界区结构。 除此之外，mutex还提供了do_lock、do_unlock等方法，这些方法分别调用EnterCriticalSection、 LeaveCriticalSection来修改成员变量m_mutex（CRITICAL_SECTION结构指针）的状态，但这些方法都是 private的，以防止我们直接对mutex进行锁操作，所有的锁操作都必须通过mutex的友元类detail ::thread ::lock_ops <mutex >来完成，比较有意思的是，lock_ops的所有方法：lock、unlock、trylock等都是 static的，如lock_ops <Mutex >::lock的实现： 1 template < typename Mutex > 2 class lock_ops : private noncopyable 3 { 4 5 public : 6 static void lock(Mutex & m) 7 { 8 m.do_lock(); 9 } 10 11 } boost ::thread的设计者为什么会这么设计呢？我想大概是： 1、boost ::thread的设计者不希望被我们直接操作mutex，改变其状态，所以mutex的所有方法都是 private的（除了构造函数，析构函数）。 2、虽然我们可以通过lock_ops来修改mutex的状态，如： 1 #include < boost / thread / thread.hpp > 2 #include < boost / thread / mutex.hpp > 3 #include < boost / thread / detail / lock.hpp > 4 5 int main() 6 { 7 boost::mutex mt; 8 // mt.do_lock(); // Error! Can not access private member! 9 10 boost::detail::thread::lock_ops < boost::mutex > ::lock(mt); 11 12 return 0 ; 13 } 但是，这是不推荐的，因为mutex、scoped_lock、condition、barrier是一套完整的类系，它们是相互协同工作的，像上面这么操作没有办法与后面的几个类协同工作。 scoped_lock 上面说过，不应该直接用lock_ops来操作mutex对象，那么，应该用什么呢？答案就是scoped_lock。与存在多种mutex一样，存在多种与mutex对应的scoped_lock： scoped_lock scoped_try_lock scoped_timed_lock 这里我们只讨论scoped_lock。 scoped_lock是定义在 namespace boost ::detail ::thread下的，为了方便我们使用（也为了方便设计者），mutex使用了下面的 typedef： typedef detail ::thread ::scoped_lock <mutex > scoped_lock ; 这样我们就可以通过： boost ::mutex ::scoped_lock 来使用scoped_lock类模板了。 由于scoped_lock的作用仅在于对mutex加锁 /解锁（即使mutex EnterCriticalSection /LeaveCriticalSection），因此，它的接口也很简单，除了构造函数外，仅有lock /unlock /locked（判断是否已加锁），及类型转换操作符 void *，一般我们不需要显式调用这些方法，因为scoped_lock的构造函数是这样定义的： 1 explicit scoped_lock(Mutex & mx, bool initially_locked = true ) 2 : m_mutex(mx), m_locked( false ) 3 { 4 if (initially_locked) lock(); 5 } 注：m_mutex是一个mutex的引用。 因此，当我们不指定initially_locked参数构造一个scoped_lock对象时，scoped_lock会自动对所绑定的mutex加锁，而析构函数会检查是否加锁，若已加锁，则解锁；当然，有些情况下，我们可能不需要构造时自动加锁，这样就需要自己调用lock方法。后面的condition、barrier也会调用scoped_lock的lock、unlock方法来实现部分方法。 正因为scoped_lock具有可在构造时加锁，析构时解锁的特性，我们经常会使用局部变量来实现对mutex的独占访问。 1 #include < boost / thread / thread.hpp > 2 #include < boost / thread / mutex.hpp > 3 #include < iostream > 4 5 boost::mutex io_mutex; 6 7 void count() // worker function 8 { 9 for ( int i = 0 ; i < 10 ; ++ i) 10 { 11 boost::mutex::scoped_lock lock(io_mutex); 12 std::cout << i << std::endl; 13 } 14 } 15 16 int main( int argc, char * argv[]) 17 { 18 boost::thread thrd1( & count); 19 boost::thread thrd2( & count); 20 thrd1.join(); 21 thrd2.join(); 22 23 return 0 ; 24 } 在每次输出信息时，为了防止整个输出过程被其它线程打乱，通过对io_mutex加锁（进入临界区），从而保证了输出的正确性。 在使用 scoped_lock时，我们有时候需要使用全局锁（定义一个全局mutex，当需要独占访问全局资源时，以该全局mutex为参数构造一个 scoped_lock对象即可。全局mutex可以是全局变量，也可以是类的静态方法等），有时候则需要使用对象锁（将mutex定义成类的成员变量），应该根据需要进行合理选择。 Java的synchronized可用于对方法加锁，对代码段加锁，对对象加锁，对类加锁（仍然是对象级的），这几种加锁方式都可以通过上面讲的对象锁来模拟；相反，在Java中实现全局锁好像有点麻烦，必须将请求封装到类中，以转换成上面的四种 synchronized形式之一。 condition condition的接口如下： 1 class condition : private boost::noncopyable // Exposition only 2 { 3 public : 4 // construct/copy/destruct 5 condition(); 6 ~ condition(); 7 8 // notification 9 void notify_one(); 10 void notify_all(); 11 12 // waiting 13 template < typename ScopedLock > void wait(ScopedLock & ); 14 template < typename ScopedLock, typename Pred > void wait(ScopedLock & , Pred); 15 template < typename ScopedLock > 16 bool timed_wait(ScopedLock & , const boost::xtime & ); 17 template < typename ScopedLock, typename Pred > 18 bool timed_wait(ScopedLock & , Pred); 19 }; 其中wait用于等待某个condition的发生，而timed_wait则提供具有超时的wait功能，notify_one用于唤醒一个等待该condition发生的线程，notify_all则用于唤醒所有等待该condition发生的线程。 由于condition的语义相对较为复杂，它的实现也是整个boost ::thread库中最复杂的（对Windows版本而言，对支持pthread的版本而言，由于pthread已经提供了pthread_cond_t，使得condition实现起来也十分简单），下面对wait和notify_one进行简要分析。 condition内部包含了一个condition_impl对象，由该对象执行来处理实际的wait、notify_one ...等操作。