寫過多線程程序的人都知道，不能讓多個(gè)線程同時(shí)訪問共享的資源是至關(guān)重要的。假如一個(gè)線程試圖改變共享數(shù)據(jù)的值，而另外一個(gè)線程試圖去讀取該共享數(shù)據(jù)的值，結(jié)果將是未定義的。為了阻止這樣的事情發(fā)生，需要用到一些非凡的原始數(shù)據(jù)類型和操作。其中最重的一個(gè)就是總所周知的mutex(“mutual exclusion”的縮寫。譯注：相互排斥的意思，經(jīng)常被翻譯為“互斥體”)。mutex在同一時(shí)間只能答應(yīng)一個(gè)線程訪問共享資源。當(dāng)一個(gè)線程需要訪問共享資源時(shí)，它必須先“鎖住”mutex，假如任何其他線程已經(jīng)鎖住了mutex，那么本操作將會(huì)一直被阻塞，直到鎖住了mutex的線程解鎖，這就保證了共享資源，在同一時(shí)間，只有一個(gè)線程可以訪問。
mutex的概念有幾個(gè)變種。Boost.Threads支持兩大類型的mutex：簡單mutex和遞歸mutex。一個(gè)簡單的mutex只能被鎖住一次，假如同一線程試圖兩次鎖定mutex，將會(huì)產(chǎn)生死鎖。對(duì)于遞歸mutex，一個(gè)線程可以多次鎖定一個(gè)mutex，但必須以同樣的次數(shù)對(duì)mutex進(jìn)行解鎖，否則其他線程將無法鎖定該mutex。
在上述兩大類mutex的基礎(chǔ)上，一個(gè)線程如何鎖定一個(gè)mutex也有些不同變化。一個(gè)線程有3種可能方法來鎖定mutex：
1. 等待并試圖對(duì)mutex加鎖，直到?jīng)]有其他線程鎖定mutex；
2. 試圖對(duì)mutex加鎖，并立即返回，假如其他線程鎖定了mutex；
3. 等待并試圖對(duì)mutex加鎖，直到?jīng)]有其他線程鎖定mutex或者直到規(guī)定的時(shí)間已過。
看起來最好的mutex類型是遞歸的mutex了，因?yàn)樯鲜?/span>3種加鎖的方式它都支持。不過，不同的加鎖方式有不同的消耗，因此對(duì)于特定的應(yīng)用，Boost.Threads答應(yīng)你挑選最有效率的mutex。為此，Boost.Threads提供了6中類型的mutex，效率由高到低排列：boost::mutex，boost::try_mutex，boost::timed_mutex，boost::recursive_mutex，boost::recursive_try_mutex和boost::recursive_timed_mutex。
假如一個(gè)線程鎖定一個(gè)mutex后，而沒有解鎖，就會(huì)發(fā)生死鎖，這也是最為常見的錯(cuò)誤了，為此，Boost.Threads專門進(jìn)行了設(shè)計(jì)，可不直接對(duì)mutex加鎖或者解鎖操作，以使這種錯(cuò)誤不可能發(fā)生(或至少很難發(fā)生)。取而代之地，mutex類定義了內(nèi)嵌的typedef來實(shí)現(xiàn)RAII(Resource Acquisition In Initialization，譯注：在初始化時(shí)資源獲得)[4]用以對(duì)一個(gè)mutex進(jìn)行加鎖或者解鎖，這就是所謂的Scoped Lock模式。要構(gòu)建一個(gè)這種類型的鎖，需要傳送一個(gè)mutex引用，構(gòu)造函數(shù)將鎖定mutex，析構(gòu)函數(shù)將解鎖mutex。C++語言規(guī)范確保了析構(gòu)函數(shù)總是會(huì)被調(diào)用，所以即使有異常拋出，mutex也會(huì)被正確地解鎖。
這種模式確保了mutex的正確使用。不過必須清楚，盡管Scoped Lock模式保證了mutex被正確解鎖，但它不能保證在有異常拋出的時(shí)候，所有共享資源任然處于有效的狀態(tài)，所以，就像進(jìn)行單線程編程一樣，必須確保異常不會(huì)讓程序處于不一致的狀態(tài)。同時(shí)，鎖對(duì)象不能傳送給另外一個(gè)線程，因?yàn)樗麄兯S護(hù)的狀態(tài)不會(huì)受到此種用法的保護(hù)。
列表2舉例說明了boost::mutex類的一個(gè)簡單的用法。其中兩個(gè)線程被創(chuàng)建，每個(gè)循環(huán)10次，將id和當(dāng)前循環(huán)計(jì)數(shù)輸出到std::cout，main線程等待著兩個(gè)線程結(jié)束。std::cout對(duì)象是一個(gè)共享資源，所以每個(gè)線程均使用全局mutex，以確保在同一時(shí)刻，只有一個(gè)線程輸出到它。
#include <boost/thread/thread.hpp>
#include <boost/thread/mutex.hpp>
#include <iostream>
boost::mutex io_mutex;
struct count
{
count(int id) : id(id) { }
void operator()()
{
for (int i = 0; i < 10; ++i)
{
boost::mutex::scoped_lock lock(io_mutex);
std::cout << id << ": " << i << std::endl;
}
}
int id;
};
int main(int argc, char* argv[])
{
boost::thread thrd1(count(1));
boost::thread thrd2(count(2));
thrd1.join();
thrd2.join();
return 0;
}
列表2
也許你已經(jīng)注重到在列表2的代碼中，需要手工寫一個(gè)函數(shù)對(duì)象，才能向線程傳送數(shù)據(jù)。盡管代碼很簡單，但每次都要寫這樣的代碼也會(huì)讓人有單調(diào)沉悶之感。有另外一種更輕易的解決辦法，Functional庫可以讓你通過將需要傳入的數(shù)據(jù)綁定到另外一個(gè)函數(shù)對(duì)象的方式，來創(chuàng)建一個(gè)新的函數(shù)對(duì)象。列表3展現(xiàn)了Boost.Bind庫如何不寫函數(shù)對(duì)象，而簡化列表2中的代碼。
// This program is identical to listing2.cpp except that it uses
// Boost.Bind to simplify the creation of a thread that takes data.
#include <boost/thread/thread.hpp>
#include <boost/thread/mutex.hpp>
#include <boost/bind.hpp>
#include <iostream>
boost::mutex io_mutex;
void count(int id)
{
for (int i = 0; i < 10; ++i)
{
boost::mutex::scoped_lock lock(io_mutex);
std::cout << id << ": " << i << std::endl;
}
}
int main(int argc, char* argv[])
{
boost::thread thrd1(boost::bind(&count, 1)); // 有無&符號(hào)均可
boost::thread thrd2(boost::bind(&count, 2)); // 有無&符號(hào)均可
thrd1.join();
thrd2.join();
return 0;
}
列表3