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unique_lock深入解析

在C++多线程编程中，unique_lock是一个强大的互斥量管理工具，它不仅提供了灵活的锁管理选项，还支持多种参数和成员函数，能够满足不同场景下的复杂锁定需求。以下将从多个维度深入分析unique_lock的使用方法及其特点。

1. unique_lock的基本用法

unique_lock是一个类模板，主要用于管理互斥量（Mutex）。与lock_guard不同，unique_lock需要手动调用lock()和unlock()方法，提供了更高的控制权。

1.1 构造函数参数

unique_lock的构造函数接受多个参数，其中包括std::adopt_lock、std::try_to_lock和std::defer_lock等。这些参数赋予了unique_lock高度的灵活性。

• std::adopt_lock：表示unique_lock已经拥有了某个互斥量的所有权。这意味着在使用adopt_lock时，unique_lock不需要自己调用lock()方法，而是直接进行操作。

• std::try_to_lock：这是一个非阻塞的锁获取方式。try_lock()尝试获取锁，如果未成功，会立即返回，避免线程被挂起。

• std::defer_lock：表示unique_lock不会自动加锁，而是需要手动调用lock()方法。这对于需要自定义锁定逻辑的场景非常有用。

1.2 加锁与解锁

unique_lock的核心成员函数包括lock()和unlock()。

• lock()：手动加锁，确保只有一条线程能够执行后续代码。需要注意的是，在使用adopt_lock或try_to_lock时，必须确保互斥量已经被正确加锁。

• unlock()：手动解锁，释放互斥量的所有权。这一步必须在unique_lock控制的锁定范围内完成，否则可能导致死锁或数据竞争。

2. unique_lock的高级功能

unique_lock支持多种高级功能，提升了多线程编程的效率和安全性。

2.1 统一锁管理

unique_lock可以通过release()方法获取原始互斥量指针，并释放所有权。这对于在多线程环境中管理多个互斥量非常有用，能够灵活地分配和管理锁的使用。

2.2 所有权传递

unique_lock支持所有权的传递，即可以将一个unique_lock对象的所有权转移给另一个unique_lock对象。这在资源管理方面非常灵活，但需要正确处理，以避免资源泄漏或竞态条件。

2.3 异步锁管理

在某些情况下，可以使用std::chrono::milliseconds设置超时，通过try_lock()方法尝试获取锁。如果在指定时间内未能获取锁，线程会继续执行其他任务，而不是无限等待。

3. 使用示例

以下是一个使用unique_lock的示例，展示了如何灵活地管理互斥量。

#include 
   
    #include 
    
     #include 
     
      #include 
      
       #include 
       
        #include 
        
         #include 
         
          using namespace std;class A {public: void inMsgRecvQueue() { for (int i = 1; i < 10000; ++i) { cout << "inMsgRecvQueue执行了，插入一个元素" << i << endl; unique_lock
          
            in_mutex_guard(my_mutex, std::adopt_lock); in_mutex_guard.lock(); msgRecvQueue.push_back(i); } } bool outMsgMutPro(int& command) { unique_lock
           
             out_mutex_guard1(my_mutex, std::defer_lock); out_mutex_guard1.lock(); this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(2000)); if (!msgRecvQueue.empty()) { command = msgRecvQueue.front(); msgRecvQueue.pop_front(); return true; } return false; } void outMsgRecvQueue() { int command{}; for (int i = 1; i < 10000; ++i) { bool ret = outMsgMutPro(command); if (ret) { cout << "outMsgMutPro执行了，取出一个元素" << command << endl; } else { cout << "outMsgRecvQueue执行了，但是当前消息队列为空" << i << endl; } } cout << "outMsgRecvQueue()执行完毕" << endl; }private: list
            
              msgRecvQueue; Mutex my_mutex;};int main() { A obja; thread outMsgThread(&A::outMsgRecvQueue, &obja); thread inMsgThread(&A::inMsgRecvQueue, &obja); inMsgThread.join(); outMsgThread.join(); cout << "主线程结束" << endl; return 0;}
            
           
          
         
        
       
      
     
    
   

3.1 使用adopt_lock

在inMsgRecvQueue()函数中，使用adopt_lock参数，表示unique_lock已经拥有了my_mutex的所有权，无需再次加锁。

unique_lock
   
     in_mutex_guard(my_mutex, std::adopt_lock);in_mutex_guard.lock();
   

3.2 使用try_to_lock

在outMsgMutPro()函数中，使用try_to_lock方法，尝试在指定时间内获取锁。

unique_lock
   
     out_mutex_guard1(my_mutex, std::try_to_lock);if (out_mutex_guard1.try_lock() == true) {    // 代码执行} else {    // 无法获取锁，继续执行}
   

3.3 使用defer_lock

在unique_lock构造时使用defer_lock参数，表示不自动加锁，需要手动调用lock()。

unique_lock
   
     out_mutex_guard1(my_mutex, std::defer_lock);out_mutex_guard1.lock();
   

4. 注意事项

在使用unique_lock时，需要注意以下几点：

5. 总结

unique_lock是一个强大的互斥量管理工具，提供了高度的灵活性和控制力。它支持多种参数和成员函数，能够满足不同场景下的复杂锁定需求。然而，其高层次控制也带来了更高的复杂性和潜在的错误风险。因此，在使用unique_lock时，开发者需要具备较强的多线程编程能力，正确管理锁的获取和释放，以确保程序的安全性和高效性。