C++ 并发编程（七）：STL/boost之读写锁（Read-Write Lock）

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STL 和 Boost 都提供了 shared_mutex 来解决「读者-写者」问题。shared_mutex 这个名字并不十分贴切，不如 pthread 直呼「读写锁」。

所谓「读写锁」，就是同时可以被多个读者拥有，但是只能被一个写者拥有的锁。而所谓「多个读者、单个写者」，并非指程序中只有一个写者（线程），而是说不能有多个写者同时去写。

下面看一个计数器的例子。

class Counter {

public:

Counter() : value_(0) {

}

// Multiple threads/readers can read the counter's value at the same time.

std::size_t Get() const {

std::shared_lock lock(mutex_);

return value_;

}

// Only one thread/writer can increment/write the counter's value.

void Increase() {

// You can also use lock_guard here.

std::unique_lock lock(mutex_);

value_++;

}

// Only one thread/writer can reset/write the counter's value.

void Reset() {

std::unique_lock lock(mutex_);

value_ = 0;

}

private:

mutable std::shared_mutex mutex_;

std::size_t value_;

};

shared_mutex 比一般的 mutex 多了函数 lock_shared() / unlock_shared()，允许多个（读者）线程同时加锁、解锁，而 shared_lock 则相当于共享版的 lock_guard。

对 shared_mutex 使用 lock_guard 或 unique_lock 就达到了写者独占的目的。

测试代码：

std::mutex g_io_mutex;

void Worker(Counter& counter) {

for (int i = 0; i < 3; ++i) {

counter.Increase();

std::size_t value = counter.Get();

std::lock_guard lock(g_io_mutex);

std::cout << std::this_thread::get_id() << ' ' << value << std::endl;

}

}

int main() {

const std::size_t SIZE = 2;

Counter counter;

std::vector v;

v.reserve(SIZE);

v.emplace_back(&Worker,std::ref(counter));

v.emplace_back(&Worker,std::ref(counter));

for (std::thread& t : v) {

t.join();

}

return 0;

}

输出（仍然是随机性的）：

2978 1

4114 2

2978 3

4114 4

4114 6

2978 5

当然，对于计数器来说，原子类型 std::atomic<> 也许是更好的选择。

假如一个线程，先作为读者用 shared_lock 加锁，读完后突然又想变成写者，该怎么办？

方法一：先解读者锁，再加写者锁。这种做法的问题是，一解一加之间，其他写者说不定已经介入并修改了数据，那么当前线程作为读者时所持有的状态（比如指针、迭代器）也就不再有效。

方法二：用 upgrade_lock（仅限 Boost，STL 未提供），可以当做 shared_lock 用，但是必要时可以直接从读者「升级」为写者。

{

// Acquire shared ownership to read.

boost::upgrade_lock upgrade_lock(shared_mutex_);

// Read...

// Upgrade to exclusive ownership to write.

boost::upgrade_to_unique_lock unique_lock(upgrade_lock);

// Write...

}

可惜的是，我没能给 upgrade_lock 找到一个颇具实际意义的例子。

（编辑：李大同）

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