linux基础37——区域锁

2021-06-21 21:34:10 阅读：220 来源： 互联网

标签：释放 return Thread lock 37 Guard 区域 Mutex linux

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);

标签：释放,return,Thread,lock,37,Guard,区域,Mutex,linux
来源： https://blog.csdn.net/www_dong/article/details/118094755

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