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。