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常见的锁与线程安全

news 来源：原创 2025/6/18 7:38:20

一、STL,智能指针和线程安全

STL中的容器是否是线程安全的?

智能指针是否是线程安全的?

二、其他常见的各种锁

三、自旋锁

四、读者写者问题

读写锁接口

读者优先伪代码

一、STL,智能指针和线程安全

STL中的容器是否是线程安全的?

不是 .

原因是 , STL 的设计初衷是将性能挖掘到极致 , 而一旦涉及到加锁保证线程安全 , 会对性能造成巨大的影响 .

而且对于不同的容器 , 加锁方式的不同 , 性能可能也不同 ( 例如 hash 表的锁表和锁桶 ).

因此 STL 默认不是线程安全 . 如果需要在多线程环境下使用 , 往往需要调用者自行保证线程安全 .

智能指针是否是线程安全的?

对于 unique_ptr, 由于只是在当前代码块范围内生效 , 因此不涉及线程安全问题 .

对于 shared_ptr, 多个对象需要共用一个引用计数变量 , 所以会存在线程安全问题 . 但是标准库实现的时候考虑到了这个问题 , 基于原子操作 (CAS) 的方式保证 shared_ptr 能够高效 , 原子的操作引用计数。

静态成员需要类内声明，类外定义；但是const静态成员可以类内定义。

二、其他常见的各种锁

悲观锁：在每次取数据时，总是担心数据会被其他线程修改，所以会在取数据前先加锁（读锁，写锁，行锁等），当其他线程想要访问数据时，被阻塞挂起。

乐观锁：每次取数据时候，总是乐观的认为数据不会被其他线程修改，因此不上锁。但是在更新数据前，会判断其他数据在更新前有没有对数据进行修改。主要采用两种方式：版本号机制和CAS操作。

CAS操作：当需要更新数据时，判断当前内存值和之前取得的值是否相等。如果相等则用新值更新。若不等则失败，失败则重试，一般是一个自旋的过程，即不断重试。

自旋锁，公平锁，非公平锁？

三、自旋锁

在POSIX标准中，存在互斥锁，在上锁时trylock就是非阻塞上锁，当申请锁失败时，会被直接返回。

while(1)

{

trylock;

}

这就是一个简单的自旋锁机制。

但是pthread库其实是实现了自旋锁的

机制与互斥锁一致。并且自旋锁拥有互斥的功能。

这个lock是个阻塞锁：在申请失败，内部就存在一个循环在一直申请，形态上像是阻塞。

trylock：申请失败就返回，想要自旋自己加

要不要进行自旋，取决于线程在临界区执行资源的时长，长时间自旋锁会持续占用CPU资源，导致CPU时间片的浪费。因此，自旋锁适用于那些预期锁的持有时间极短的场景，如处理器级的同步操作或多核系统中利用不同核的并行性。

四、读者写者问题

读写锁

在编写多线程的时候，有一种情况是十分常见的。那就是，有些公共数据修改的机会比较少。相比较改写，它们读的机会反而高的多。通常而言，在读的过程中，往往伴随着查找的操作，中间耗时很长。给这种代码段加锁，会极大地降低我们程序的效率。那么有没有一种方法，可以专门处理这种多读少写的情况呢？有，那就是读写锁。

对于CP之间

但是对于读写之间：

ww：互斥竞争

wr：互斥、同步

rr：共享

读者之间与消费者之间的区别

读者只会读数据，并不会消费数据，所以读者之间是共享的

对一把读写锁，以读者的身份加锁

对一把读写锁，以写的身份加锁

解锁

注意：写独占一把锁，读共享读锁，读者优先

读写锁接口

设置读写优先

int pthread_rwlockattr_setkind_np(pthread_rwlockattr_t *attr, int pref);

pref 共有 3 种选择

PTHREAD_RWLOCK_PREFER_READER_NP ( 默认设置 ) 读者优先，可能会导致写者饥饿情况

PTHREAD_RWLOCK_PREFER_WRITER_NP 写者优先，目前有 BUG ，导致表现行为和

PTHREAD_RWLOCK_PREFER_READER_NP 一致

PTHREAD_RWLOCK_PREFER_WRITER_NONRECURSIVE_NP 写者优先，但写者不能递归加锁

初始化

int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock,const pthread_rwlockattr_t

*restrict attr)；

销毁

int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);

加锁和解锁

int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

读者优先伪代码

1.写者之间一定是互斥的，但是读者共享的。

2.读的时候不允许数据写入，写的时候不允许数据读取（不同身份的角色互斥）

读者优先伪代码需要维护一个读者的个数，写者优先需要维护一个写者的个数。

设置一个全局的共享读者计数器，出现读者的时候，上读锁，读者++

一旦出现读者，就不允许写者进行写入（1.写者持有写锁，继续写入，读者阻塞 2.写者不持有写锁，读者直接占有写锁）

读取的时候，一个线程读取完成之后，读者--,读者全部读取完成之后，才会把写锁还给写者，让写者进行写入。

常见的锁与线程安全

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