linux基础37——区域锁
2021/6/22 7:27:06
本文主要是介绍linux基础37——区域锁,对大家解决编程问题具有一定的参考价值,需要的程序猿们随着小编来一起学习吧!
1. 概念
区域锁(Scoped locking)不是一种锁的类型,而是一种锁的使用模式(pattern)。这个名词是Douglas C. Schmidt于1998年在其论文Scoped Locking提出,并在ACE框架里面使用。但作为一种设计思想,这种锁模式应该在更早之前就被业界广泛使用了。
区域锁实际上是RAII模式在锁上面的具体应用。RAII(Resource Acquisition Is Initialization)翻译成中文叫“资源获取即初始化”,最早是由C++的发明者 Bjarne Stroustrup为解决C++中资源分配与销毁问题而提出的。RAII的基本含义就是:C++中的资源(例如内存,文件句柄等等)应该由对象来管理,资源在对象的构造函数中初始化,并在对象的析构函数中被释放。STL中的智能指针就是RAII的一个具体应用。RAII在C++中使用如此广泛,甚至可以说,不会RAII的裁缝不是一个好程序员。
2. 问题
先看看下面这段程序,Cache是一个可能被多个线程访问的缓存类,update函数将字符串value插入到缓存中,如果插入失败,则返回-1。
Cache *cache = new Cache; ThreadMutex mutex; int update(string value) { mutex.lock(); if (cache == NULL) { mutex.unlock(); return -1; } If (cache.insert(value) == -1) { mutex.unlock(); return -1; } mutex.unlock(); return 0; }
从这个程序中可以看出,为了保证程序不会死锁,每次函数需要return时,都要需要调用unlock函数来释放锁。不仅如此,假设cache.insert(value)函数内部突然抛出了异常,程序会自动退出,锁仍然能不会释放。实际上,不仅仅是return,程序中的goto, continue, break语句,以及未处理的异常,都需要程序员检查锁是否需要显示释放,这样的程序是极易出错的。
3. 实现
但是自从C++有了有可爱的RAII设计思想,资源释放问题就简单了很多。区域锁就是把锁封装到一个对象里面。锁的初始化放到构造函数,锁的释放放到析构函数。这样当锁离开作用域时,析构函数会自动释放锁。即使运行时抛出异常,由于析构函数仍然会自动运行,所以锁仍然能自动释放。一个典型的区域锁:
class Thread_Mutex_Guard { public: Thread_Mutex_Guard (Thread_Mutex &lock) : lock_ (&lock) { // 如果加锁失败,则返回-1 owner_= lock_->lock(); } ~Thread_Mutex_Guard (void) { // 如果锁获取失败,就不释放 if (owner_ != -1) lock_->unlock (); } private: Thread_Mutex *lock_; int owner_; };
将策略锁应用到前面的update函数如下:
Cache *cache = new Cache; ThreadMutex mutex; int update(string value) { Thread_Mutex_Guard (mutex) if (cache == NULL) { return -1; } If (cache.insert(value) == -1) { return -1; } return 0; }
基本的区域锁就这么简单。如果觉得这样锁的力度太大,可以用中括号来限定锁的作用区域,这样就能控制锁的力度。如下:
{ Thread_Mutex_Guard guard (&lock); ............... // 离开作用域,锁自动释放 }
4. 改进
上面设计的区域锁一个缺点是灵活性差,除非离开作用域,否则不能够显式释放锁。如果为一个区域锁增加显式释放接口,一个最突出的问题是有可能会造成锁的二次释放,从而引发程序错误。
{ Thread_Mutex_Guard guard (&lock); If (…) { //显式释放(第一次释放) guard.release(); // 自动释放(第二次释放) return -1; } }
为了避免二次释放锁引发的错误,区域锁需要保证只能够锁释放一次。一个改进的区域锁如下:
class Thread_Mutex_Guard { public: Thread_Mutex_Guard (Thread_Mutex &lock) : lock_ (&lock) { acquire(); } int acquire() { // 加锁失败,返回-1 owner_= lock_->lock(); return owner; } ~Thread_Mutex_Guard (void) { release(); } int release() { // 第一次释放 if (owner_ != -1) { owner = -1; return lock_->unlock (); } // 第二次释放 return 0; } private: Thread_Mutex *lock_; int owner_; };
可以看出,这种方案在加锁失败或者锁的多次释放情况下,不会引起程序的错误。
缺点:
区域锁固然好使,但也有不可避免的一些缺点
- 对于非递归锁,有可能因为重复加锁而造成死锁。
- 线程的强制终止或者退出,会造成区域锁不会自动释放。应该尽量避免这种情形,或者使用一些特殊的错误处理设计来确保锁会释放。
- 编译器会产生警告说有变量只定义但没有使用。有些编译器选项甚至会让有警告的程序无法编译通过。在ACE中,为了避免这种情况,作者定义了一个宏如下 #define UNUSED_ARG(arg) { if (&arg) ; } 使用如下:
Thread_Mutex_Guard guard (lock_); UNUSED_ARG (guard);
这篇关于linux基础37——区域锁的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对大家有所帮助,也希望大家多多支持为之网!
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