漫话 C++11 之 mutex

在多线程的程序中，经常需要通过锁的机制来保证数据的一致性。

C++11提供了下面四种语义的锁:

继承关系为：

1
2
3

BasicLockable <--- Lockable <--- TimedLockable
+lock              +try_lock     +try_lock_for
+unlock                          +try_lock_until

mutex

C++11 中最基本的互斥量，它不支持递归地上锁。

mutex 不允许拷贝构造，也不允许 move 赋值，最初产生的 mutex 对象是处于 unlocked 状态的。
lock()，调用线程将锁住该互斥量。线程调用该函数会发生下面 3 种情况：
1. 如果该互斥量当前没有被锁住，则调用线程将该互斥量锁住，直到调用 unlock之前，该线程一直拥有该锁。
2. 如果当前互斥量被其他线程锁住，则当前的调用线程被阻塞住。
3. 如果当前互斥量被当前调用线程锁住，则会产生死锁。
unlock()，解锁，释放对互斥量的所有权。
try_lock()，尝试锁住互斥量，和 lock() 相似，不同的是如果互斥量被其他线程占有，则当前线程也不会被阻塞，而是马上返回 false。

比 mutex 多了两个成员函数:try_lock_for()，try_lock_until()。
try_lock_for() 函数接受一个时间范围，表示在 一段时间范围之内 线程如果没有获得锁则被阻塞住，如果在此期间其他线程释放了锁，则该线程可以获得对互斥量的锁，如果超时（即在指定时间内还是没有获得锁），则返回 false。
try_lock_until() 函数则接受一个时间点作为参数，在 指定时间点未到来之前 线程如果没有获得锁则被阻塞住，如果在此期间其他线程释放了锁，则该线程可以获得对互斥量的锁，如果超时（即在指定时间内还是没有获得锁），则返回 false。

关于 mutex 的使用，建议使用 RAII(Resource Acquisition is Initialization)的方式，即在构造的时候 lock, 析构的时候 unlock, 不建议直接手工地进行 lock/unlock。

C++11提供了 lock_guard 和 unique_lock 两种简单而又安全的上锁和解锁方式，即使程序抛出了异常，先前已被上锁的 Mutex 对象也能正确进行解锁，极大地简化了与 Mutex 相关的异常处理代码。

template <class mutex> 
class lock_guard;

template <class mutex> 
class unique_lock;

都是模版类，实例化参数 mutex 必须是个 BasicLockable 类型(即支持 lock 和 unlock)。
都只负责在构造时对 mutex 加锁，析构时对 mutex 解锁，它们并不管理 mutex 本身的生命周期，因此，mutex 的生命周期应至少延伸至 lock_guard 和 unique_lock 析构之后。