Mutex 又称互斥量，C++ 11中与 Mutex 相关的类（包括锁类型）和函数都声明在 <mutex> 头文件中，所以如果你需要使用 std::mutex，就必须包含 <mutex> 头文件。
<mutex> 头文件介绍
Mutex 系列类(四种)
- std::mutex，最基本的 Mutex 类。
- std::recursive_mutex，递归 Mutex 类。
- std::time_mutex，定时 Mutex 类。
- std::recursive_timed_mutex，定时递归 Mutex 类。
Lock 类（两种）
- std::lock_guard，与 Mutex RAII 相关，方便线程对互斥量上锁。
- std::unique_lock，与 Mutex RAII 相关，方便线程对互斥量上锁，但提供了更好的上锁和解锁控制。
其他类型
- std::once_flag
- std::adopt_lock_t
- std::defer_lock_t
- std::try_to_lock_t
函数
- std::try_lock，尝试同时对多个互斥量上锁。
- std::lock，可以同时对多个互斥量上锁。
- std::call_once，如果多个线程需要同时调用某个函数，call_once 可以保证多个线程对该函数只调用一次。
std::mutex 介绍
下面以 std::mutex 为例介绍 C++11 中的互斥量用法。
std::mutex 是C++11 中最基本的互斥量，std::mutex 对象提供了独占所有权的特性——即不支持递归地对 std::mutex 对象上锁，而 std::recursive_lock 则可以递归地对互斥量对象上锁。
std::mutex 的成员函数
- 构造函数，std::mutex不允许拷贝构造，也不允许 move 拷贝，最初产生的 mutex 对象是处于 unlocked 状态的。
- lock()，调用线程将锁住该互斥量。线程调用该函数会发生下面 3 种情况：(1). 如果该互斥量当前没有被锁住，则调用线程将该互斥量锁住，直到调用 unlock之前，该线程一直拥有该锁。(2). 如果当前互斥量被其他线程锁住，则当前的调用线程被阻塞住。(3). 如果当前互斥量被当前调用线程锁住，则会产生死锁(deadlock)。
- unlock()， 解锁，释放对互斥量的所有权。
- try_lock()，尝试锁住互斥量，如果互斥量被其他线程占有，则当前线程也不会被阻塞。线程调用该函数也会出现下面 3 种情况，(1). 如果当前互斥量没有被其他线程占有，则该线程锁住互斥量，直到该线程调用 unlock 释放互斥量。(2). 如果当前互斥量被其他线程锁住，则当前调用线程返回 false，而并不会被阻塞掉。(3). 如果当前互斥量被当前调用线程锁住，则会产生死锁(deadlock)。
下面给出一个与 std::mutex 的小例子（参考）
#include <iostream> // std::cout #include <thread> // std::thread #include <mutex> // std::mutex volatile int counter(0); // non-atomic counter std::mutex mtx; // locks access to counter void attempt_10k_increases() { for (int i=0; i<10000; ++i) { if (mtx.try_lock()) { // only increase if currently not locked: ++counter; mtx.unlock(); } } } int main (int argc, const char* argv[]) { std::thread threads[10]; for (int i=0; i<10; ++i) threads[i] = std::thread(attempt_10k_increases); for (auto& th : threads) th.join(); std::cout << counter << " successful increases of the counter.\n"; return 0; }
std::recursive_mutex 介绍
std::recursive_mutex 与 std::mutex 一样，也是一种可以被上锁的对象，但是和 std::mutex 不同的是，std::recursive_mutex 允许同一个线程对互斥量多次上锁（即递归上锁），来获得对互斥量对象的多层所有权，std::recursive_mutex 释放互斥量时需要调用与该锁层次深度相同次数的 unlock()，可理解为 lock() 次数和 unlock() 次数相同，除此之外，std::recursive_mutex 的特性和 std::mutex 大致相同。
std::time_mutex 介绍
std::time_mutex 比 std::mutex 多了两个成员函数，try_lock_for()，try_lock_until()。
try_lock_for 函数接受一个时间范围，表示在这一段时间范围之内线程如果没有获得锁则被阻塞住（与 std::mutex 的 try_lock() 不同，try_lock 如果被调用时没有获得锁则直接返回 false），如果在此期间其他线程释放了锁，则该线程可以获得对互斥量的锁，如果超时（即在指定时间内还是没有获得锁），则返回 false。
try_lock_until 函数则接受一个时间点作为参数，在指定时间点未到来之前线程如果没有获得锁则被阻塞住，如果在此期间其他线程释放了锁，则该线程可以获得对互斥量的锁，如果超时（即在指定时间内还是没有获得锁），则返回 false。
下面的小例子说明了 std::time_mutex 的用法（参考）。
#include <iostream> // std::cout #include <chrono> // std::chrono::milliseconds #include <thread> // std::thread #include <mutex> // std::timed_mutex std::timed_mutex mtx; void fireworks() { // waiting to get a lock: each thread prints "-" every 200ms: while (!mtx.try_lock_for(std::chrono::milliseconds(200))) { std::cout << "-"; } // got a lock! - wait for 1s, then this thread prints "*" std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000)); std::cout << "*\n"; mtx.unlock(); } int main () { std::thread threads[10]; // spawn 10 threads: for (int i=0; i<10; ++i) threads[i] = std::thread(fireworks); for (auto& th : threads) th.join(); return 0; }
std::recursive_timed_mutex 介绍
和 std:recursive_mutex 与 std::mutex 的关系一样，std::recursive_timed_mutex 的特性也可以从 std::timed_mutex 推导出来，感兴趣的同鞋可以自行查阅。 ;-)
std::lock_guard 介绍
与 Mutex RAII 相关，方便线程对互斥量上锁。例子（参考）:
#include <iostream> // std::cout #include <thread> // std::thread #include <mutex> // std::mutex, std::lock_guard #include <stdexcept> // std::logic_error std::mutex mtx; void print_even (int x) { if (x%2==0) std::cout << x << " is even\n"; else throw (std::logic_error("not even")); } void print_thread_id (int id) { try { // using a local lock_guard to lock mtx guarantees unlocking on destruction / exception: std::lock_guard<std::mutex> lck (mtx); print_even(id); } catch (std::logic_error&) { std::cout << "[exception caught]\n"; } } int main () { std::thread threads[10]; // spawn 10 threads: for (int i=0; i<10; ++i) threads[i] = std::thread(print_thread_id,i+1); for (auto& th : threads) th.join(); return 0; }
std::unique_lock 介绍
与 Mutex RAII 相关，方便线程对互斥量上锁，但提供了更好的上锁和解锁控制。例子（参考）：
#include <iostream> // std::cout #include <thread> // std::thread #include <mutex> // std::mutex, std::unique_lock std::mutex mtx_1_1; // mutex for critical sectionvoidattempt_10_increases_1() {for(inti=0; i<20; ++i) {if(mtx_1_1.try_lock()){// only increase if currently not locked:++counter;mtx_1_1.unlock();}}}voidTest_try_lock_1(){std::threadthreads[10];// spawn 10 threads:for(inti=0; i<10; ++i)threads[i] = std::thread(attempt_10_increases_1);for(auto& th : threads) th.join();std::cout << counter <<" successful increases of the counter.\n";}intmain(){ Test_try_lock_1();return0; }
原文链接 ：
http://www.cnblogs.com/haippy/p/3237213.html
条件变量
<condition_variable > 头文件主要包含了与条件变量相关的类和函数。相关的类包括 std::condition_variable 和 std::condition_variable_any，还有枚举类型std::cv_status。另外还包括函数 std::notify_all_at_thread_exit()，下面分别介绍一下以上几种类型。
std::condition_variable 类介绍
std::condition_variable 是条件变量，更多有关条件变量的定义参考维基百科。Linux 下使用 Pthread 库中的 pthread_cond_*() 函数提供了与条件变量相关的功能， Windows 则参考MSDN。
当 std::condition_variable 对象的某个 wait 函数被调用的时候，它使用 std::unique_lock(通过 std::mutex) 来锁住当前线程。当前线程会一直被阻塞，直到另外一个线程在相同的 std::condition_variable 对象上调用了 notification 函数来唤醒当前线程。
std::condition_variable 对象通常使用 std::unique_lock<std::mutex> 来等待，如果需要使用另外的 lockable 类型，可以使用 std::condition_variable_any 类，本文后面会讲到 std::condition_variable_any 的用法。
首先我们来看一个简单的例子
#include <iostream> // std::cout #include <thread> // std::thread #include <mutex> // std::mutex, std::unique_lock #include <condition_variable> // std::condition_variable std::mutex mtx; // 全局互斥锁. std::condition_variable cv; // 全局条件变量. bool ready = false; // 全局标志位. void do_print_id(int id) { std::unique_lock <std::mutex> lck(mtx); while (!ready) // 如果标志位不为 true, 则等待... cv.wait(lck); // 当前线程被阻塞, 当全局标志位变为 true 之后, // 线程被唤醒, 继续往下执行打印线程编号id. std::cout << "thread " << id << '\n'; } void go() { std::unique_lock <std::mutex> lck(mtx); ready = true; // 设置全局标志位为 true. cv.notify_all(); // 唤醒所有线程. } int main() { std::thread threads[10]; // spawn 10 threads: for (int i = 0; i < 10; ++i) threads[i] = std::thread(do_print_id, i); std::cout << "10 threads ready to race...\n"; go(); // go! for (auto & th:threads) th.join(); return 0; }
执行结果如下：
concurrency ) ./ConditionVariable-basic1 10 threads ready to race... thread 1 thread 0 thread 2 thread 3 thread 4 thread 5 thread 6 thread 7 thread 8 thread 9
好了，对条件变量有了一个基本的了解之后，我们来看看 std::condition_variable 的各个成员函数。
std::condition_variable 构造函数
| default (1) | condition_variable(); |
|---|---|
| copy [deleted] (2) | condition_variable (const condition_variable&) = delete; |
std::condition_variable 的拷贝构造函数被禁用，只提供了默认构造函数。
std::condition_variable::wait() 介绍
| unconditional (1) | void wait (unique_lock<mutex>& lck); |
|---|---|
| predicate (2) | template <class Predicate> void wait (unique_lock<mutex>& lck, Predicate pred); |
std::condition_variable 提供了两种 wait() 函数。当前线程调用 wait() 后将被阻塞(此时当前线程应该获得了锁（mutex），不妨设获得锁 lck)，直到另外某个线程调用 notify_* 唤醒了当前线程。
在线程被阻塞时，该函数会自动调用 lck.unlock() 释放锁，使得其他被阻塞在锁竞争上的线程得以继续执行。另外，一旦当前线程获得通知(notified，通常是另外某个线程调用 notify_* 唤醒了当前线程)，wait() 函数也是自动调用 lck.lock()，使得 lck 的状态和 wait 函数被调用时相同。
在第二种情况下（即设置了 Predicate），只有当 pred 条件为 false 时调用 wait() 才会阻塞当前线程，并且在收到其他线程的通知后只有当 pred 为 true 时才会被解除阻塞。因此第二种情况类似以下代码：
while (!pred()) wait(lck);
请看下面例子（参考）：
#include <iostream> // std::cout #include <thread> // std::thread, std::this_thread::yield #include <mutex> // std::mutex, std::unique_lock #include <condition_variable> // std::condition_variable std::mutex mtx; std::condition_variable cv; int cargo = 0; bool shipment_available() { return cargo != 0; } // 消费者线程. void consume(int n) { for (int i = 0; i < n; ++i) { std::unique_lock <std::mutex> lck(mtx); cv.wait(lck, shipment_available); std::cout << cargo << '\n'; cargo = 0; } } int main() { std::thread consumer_thread(consume, 10); // 消费者线程. // 主线程为生产者线程, 生产 10 个物品. for (int i = 0; i < 10; ++i) { while (shipment_available()) std::this_thread::yield(); std::unique_lock <std::mutex> lck(mtx); cargo = i + 1; cv.notify_one(); } consumer_thread.join(); return 0; }
程序执行结果如下：
concurrency ) ./ConditionVariable-wait 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
std::condition_variable::wait_for() 介绍
| unconditional (1) | template <class Rep, class Period>
cv_status wait_for (unique_lock<mutex>& lck,
const chrono::duration<Rep,Period>& rel_time);
|
|---|---|
| predicate (2) | template <class Rep, class Period, class Predicate>
bool wait_for (unique_lock<mutex>& lck,
const chrono::duration<Rep,Period>& rel_time, Predicate pred); |
与 std::condition_variable::wait() 类似，不过 wait_for 可以指定一个时间段，在当前线程收到通知或者指定的时间 rel_time 超时之前，该线程都会处于阻塞状态。而一旦超时或者收到了其他线程的通知，wait_for 返回，剩下的处理步骤和 wait() 类似。
另外，wait_for 的重载版本（predicte(2)）的最后一个参数 pred 表示 wait_for 的预测条件，只有当 pred 条件为 false 时调用 wait() 才会阻塞当前线程，并且在收到其他线程的通知后只有当 pred 为 true 时才会被解除阻塞，因此相当于如下代码：
return wait_until (lck, chrono::steady_clock::now() + rel_time, std::move(pred));
请看下面的例子（参考），下面的例子中，主线程等待 th 线程输入一个值，然后将 th 线程从终端接收的值打印出来，在 th 线程接受到值之前，主线程一直等待，每个一秒超时一次，并打印一个 "."：
#include <iostream> // std::cout #include <thread> // std::thread #include <chrono> // std::chrono::seconds #include <mutex> // std::mutex, std::unique_lock #include <condition_variable> // std::condition_variable, std::cv_status std::condition_variable cv; int value; void do_read_value() { std::cin >> value; cv.notify_one(); } int main () { std::cout << "Please, enter an integer (I'll be printing dots): \n"; std::thread th(do_read_value); std::mutex mtx; std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx); while (cv.wait_for(lck,std::chrono::seconds(1)) == std::cv_status::timeout) { std::cout << '.'; std::cout.flush(); } std::cout << "You entered: " << value << '\n'; th.join(); return 0; }
std::condition_variable::wait_until 介绍
| unconditional (1) | template <class Clock, class Duration>
cv_status wait_until (unique_lock<mutex>& lck,
const chrono::time_point<Clock,Duration>& abs_time);
|
|---|---|
| predicate (2) | template <class Clock, class Duration, class Predicate>
bool wait_until (unique_lock<mutex>& lck,
const chrono::time_point<Clock,Duration>& abs_time,
Predicate pred); |
与 std::condition_variable::wait_for 类似，但是 wait_until 可以指定一个时间点，在当前线程收到通知或者指定的时间点 abs_time 超时之前，该线程都会处于阻塞状态。而一旦超时或者收到了其他线程的通知，wait_until 返回，剩下的处理步骤和 wait_until() 类似。
另外，wait_until 的重载版本（predicte(2)）的最后一个参数 pred 表示 wait_until 的预测条件，只有当 pred 条件为 false 时调用 wait() 才会阻塞当前线程，并且在收到其他线程的通知后只有当 pred 为 true 时才会被解除阻塞，因此相当于如下代码：
while (!pred()) if ( wait_until(lck,abs_time) == cv_status::timeout) return pred(); return true;
std::condition_variable::notify_one() 介绍
唤醒某个等待(wait)线程。如果当前没有等待线程，则该函数什么也不做，如果同时存在多个等待线程，则唤醒某个线程是不确定的(unspecified)。
请看下例（参考）：
#include <iostream> // std::cout #include <thread> // std::thread #include <mutex> // std::mutex, std::unique_lock #include <condition_variable> // std::condition_variable std::mutex mtx; std::condition_variable cv; int cargo = 0; // shared value by producers and consumers void consumer() { std::unique_lock < std::mutex > lck(mtx); while (cargo == 0) cv.wait(lck); std::cout << cargo << '\n'; cargo = 0; } void producer(int id) { std::unique_lock < std::mutex > lck(mtx); cargo = id; cv.notify_one(); } int main() { std::thread consumers[10], producers[10]; // spawn 10 consumers and 10 producers: for (int i = 0; i < 10; ++i) { consumers[i] = std::thread(consumer); producers[i] = std::thread(producer, i + 1); } // join them back: for (int i = 0; i < 10; ++i) { producers[i].join(); consumers[i].join(); } return 0; }
std::condition_variable::notify_all() 介绍
唤醒所有的等待(wait)线程。如果当前没有等待线程，则该函数什么也不做。请看下面的例子：
#include <iostream> // std::cout #include <thread> // std::thread #include <mutex> // std::mutex, std::unique_lock #include <condition_variable> // std::condition_variable std::mutex mtx; // 全局互斥锁. std::condition_variable cv; // 全局条件变量. bool ready = false; // 全局标志位. void do_print_id(int id) { std::unique_lock <std::mutex> lck(mtx); while (!ready) // 如果标志位不为 true, 则等待... cv.wait(lck); // 当前线程被阻塞, 当全局标志位变为 true 之后, // 线程被唤醒, 继续往下执行打印线程编号id. std::cout << "thread " << id << '\n'; } void go() { std::unique_lock <std::mutex> lck(mtx); ready = true; // 设置全局标志位为 true. cv.notify_all(); // 唤醒所有线程. } int main() { std::thread threads[10]; // spawn 10 threads: for (int i = 0; i < 10; ++i) threads[i] = std::thread(do_print_id, i); std::cout << "10 threads ready to race...\n"; go(); // go! for (auto & th:threads) th.join(); return 0; }
std::condition_variable_any 介绍
与 std::condition_variable 类似，只不过 std::condition_variable_any 的 wait 函数可以接受任何 lockable 参数，而 std::condition_variable 只能接受 std::unique_lock<std::mutex> 类型的参数，除此以外，和 std::condition_variable 几乎完全一样。
std::cv_status 枚举类型介绍
| cv_status::no_timeout | wait_for 或者 wait_until 没有超时，即在规定的时间段内线程收到了通知。 |
| cv_status::timeout | wait_for 或者 wait_until 超时。 |
std::notify_all_at_thread_exit
函数原型为：
void notify_all_at_thread_exit (condition_variable& cond, unique_lock<mutex> lck);
当调用该函数的线程退出时，所有在 cond 条件变量上等待的线程都会收到通知。请看下例（参考）：
#include <iostream> // std::cout #include <thread> // std::thread #include <mutex> // std::mutex, std::unique_lock #include <condition_variable> // std::condition_variable std::mutex mtx; std::condition_variable cv; bool ready = false; void print_id (int id) { std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx); while (!ready) cv.wait(lck); // ... std::cout << "thread " << id << '\n'; } void go() { std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx); std::notify_all_at_thread_exit(cv,std::move(lck)); ready = true; } int main () { std::thread threads[10]; // spawn 10 threads: for (int i=0; i<10; ++i) threads[i] = std::thread(print_id,i); std::cout << "10 threads ready to race...\n"; std::thread(go).detach(); // go! for (auto& th : threads) th.join(); return 0; }