C++11并发与多线程笔记（12） windows临界区、其他各种mutex互斥量

第十二节 windows临界区、其他各种mutex互斥量

一和二、windows临界区

• 在“同一个线程中”（不同线程就会卡主等待），windows中的“相同临界区变量”代表的临界区的进入（EnterCriticalSection）可以被多次调用。
• Windows临界区，“同一个线程‘”是可以重复进入的，但是进入的次数与离开的次数必须相等，而不会引起程序异常报错。
• C++互斥量mutex则不允许同一个线程重复加锁，会报异常。
• windows临界区是windows编程中的内容，了解一下即可，效果几乎可以等同于c++11的mutex，可以保护一个代码段。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include //包含头文件

#define __WINDOWSJQ_//定义一个开关
using namespace std;

class A
{
public:
	// 把收到的消息传入队列
	void inMsgRecvQueue()
	{
		for (size_t i = 0; i < 1000; ++i)
		{
			cout << "收到消息，并放入队列 " << i << endl;

#ifdef  __WINDOWSJQ_
			EnterCriticalSection(&my_winsec);	//	进入临界区，类似lock加锁
												//EnterCriticalSection(&my_winsec);	//	可以再次进入临界区,程序不会出错
			msgRecvQueue.push_back(i);
			LeaveCriticalSection(&my_winsec);	//	离开临界区，类似unlock解锁
												//LeaveCriticalSection(&my_winsec);	//	如果进入两次，必须离开两次不会报错
#else
			my_mutex.lock();
			msgRecvQueue.push_back(i);//假设这个数字是我收到的命令，我直接弄到消息队列里来
			my_mutex.unlock();
#endif //  __WINDOWSJQ_
		}
		cout << "消息入队结束" << endl;
	}
	// 从队列中取出消息
	void outMsgRecvQueue()
	{
		for (size_t i = 0; i < 1000; ++i)
		{
#ifdef  __WINDOWSJQ_
			EnterCriticalSection(&my_winsec);	//	进入临界区
			if (!msgRecvQueue.empty())
			{
				// 队列不为空
				int num = msgRecvQueue.front();
				cout << "从消息队列中取出 " << num << endl;
				msgRecvQueue.pop_front();
			}
			else
			{
				// 消息队列为空
				cout << "消息队列为空 " << endl;
			}
			LeaveCriticalSection(&my_winsec);	//	离开临界区
#else
			my_mutex.lock();
			if (!msgRecvQueue.empty())
			{
				// 队列不为空
				int num = msgRecvQueue.front();
				cout << "从消息队列中取出 " << num << endl;
				msgRecvQueue.pop_front();
				my_mutex.unlock();
			}
			else
			{
				// 消息队列为空
				cout << "消息队列为空 " << endl;
				my_mutex.unlock();
			}
#endif //  __WINDOWSJQ_
		}
		cout << "消息出队结束" << endl;
	}
	A()//类A的构造函数
	{
#ifdef __WINDOWSJQ_
		InitializeCriticalSection(&my_winsec);	//用windows的临界区之前要初始化，而mutex不用
#endif // __WINDOWSJQ_
	}
private:
	list<int> msgRecvQueue;//容器，用来代表玩家发送来的命令
	std::mutex my_mutex;//创建互斥量

#ifdef __WINDOWSJQ_
	CRITICAL_SECTION my_winsec;	//定义windows中的临界区，非常类似C++11中的mutex
#endif // __WINDOWSJQ_

};

int main()
{
	A myobj;
	std::thread	myInMsgObj(&A::inMsgRecvQueue, &myobj);
	std::thread	myOutMsgObj(&A::outMsgRecvQueue, &myobj);
	myInMsgObj.join();
	myOutMsgObj.join();

	return 0;
}

三、自动析构技术

• C++11：lock_guard防止忘了释放信号量，是在析构时自动释放。
• windows：可以写个类，用于自动释放临界区，防止忘记LeaveCriticalSection导致死锁情况的发生

//写个类
class CWinLock {
public:
    CWinLock(CRITICAL_SECTION *pCritmp)//构造函数
    {
        my_winsec = pCritmp;
        EnterCriticalSection(my_winsec);
    }
    ~CWinLock()//析构函数
    {
        LeaveCriticalSection(my_winsec)
    };
private:
    CRITICAL_SECTION *my_winsec;
};
//main里这样用
#ifdef  __WINDOWSJQ_
	CWinLock winlock(&my_winsec);
	CWinLock winlock2(&my_winsec);//多次调用也没问题
	msgRecvQueue.push_back(i);

• 上述这种CWinLock类叫RAII类（Resource Acquisition is initialization），即资源获取及初始化（构造函数初始化一个东西，析构函数中释放一个东西）。容器，智能指针都属于这种类。

四、递归的独占互斥量 std::recursive_mutex

• std::mutex 独占式互斥量，自己lock时别人lock不了
• std::recursive_mutex：递归的独占互斥量，有lock也有unlock，它允许在同一个线程中同一个互斥量多次被lock() 。
• 但是递归加锁的次数是有限制的，太多可能会报异常，效率要比mutex低。
• 如果你真的用了recursive_mutex要考虑代码是否有优化空间，如果能调用一次lock()就不要调用多次。

五、带超时的互斥量 std::timed_mutex 和 std::recursive_timed_mutex

5.1 std::timed_mutex：是带超时功能的独占互斥量

• timed_mutex有mutex的功能且多了以下两个函数。
• try_lock_for()：等待一段时间，如果拿到了锁，或者超时了未拿到锁，就继续执行（有选择执行）如下：

//在inMsgRecvQueue函数里
	void inMsgRecvQueue()
	{
		for (size_t i = 0; i < 1000; ++i)
		{
			cout << "收到消息，并放入队列 " << i << endl;
			std::chrono::milliseconds timeout(100);
			if (my_mutex.try_lock_for(timeout)) {//等待100ms尝试获取锁
				//在100ms内拿到了锁
				msgRecvQueue.push_back(i);
				my_mutex.unlock();//用完了解锁
			}
			else {//100ms内没拿到锁
				std::chrono::milliseconds sleeptime(100);
				std::this_thread::sleep_for(sleeptime);
			}
		}
		cout << "消息入队结束" << endl;
	}
private:
	list<int> msgRecvQueue;
	std::timed_mutex my_mutex;//类中定义带超时功能的独占互斥量

• try_lock_until()：参数是一个未来的时间点，在这个未来的时间没到的时间内，如果拿到了锁头，流程就走下来，如果时间到了没拿到锁，流程也可以走下来。

//在inMsgRecvQueue函数里
std::chrono::milliseconds timeout(100);
if (my_mymutex.try_lock_until(chrono::steady_clock::now() + timeout)){//当前时间点+100ms
    //在未来的100ms内拿到了锁
    msgRecvQueue.push_back(i);
	my_mutex.unlock();//用完了解锁
}
else{
    std::chrono::milliseconds sleeptime(100);
    std::this_thread::sleep_for(sleeptime);
}

• 两者的区别就是一个参数是时间段，一个参数是未来的时间点。

5.2 std::recursive_timed_mutex：是带超时功能的递归独占互斥量

• 综合了recursive_mutex和timed_mutex的功能，允许同一个线程多次获取这个互斥量，多次lock。且有try_lock_for和try_lock_until函数。