C++ 读写锁

官网：https://zh.cppreference.com/w/cpp/thread/shared_mutex

1. 何为读写锁

相比互斥锁，读写锁允许更高的并行性，互斥量要么锁住状态要么不加锁，而且一次只有一个线程可以加锁。
读写锁可以有三种状态：

• 读模式加锁状态；
• 写模式加锁状态；
• 不加锁状态；
  只有一个线程可以占有写模式的读写锁，但是可以有多个线程占有读模式的读写锁。
  读写锁也叫做“共享-独占锁”，当读写锁以读模式锁住时，它是以共享模式锁住的；当它以写模式锁住时，它是以独占模式锁住的。

1）当读写锁处于写加锁状态时，在其解锁之前，所有尝试对其加锁的线程都会被阻塞；
2）当读写锁处于读加锁状态时，所有试图以读模式对其加锁的线程都可以得到访问权，但是如果想以写模式对其加锁，线程将阻塞。这样也有问题，如果读者很多，那么写者将会长时间等待，如果有线程尝试以写模式加锁，那么后续的读线程将会被阻塞，这样可以避免锁长期被读者占有。

2. shared_mutex

C++17起。
shared_mutex 类是一个同步原语，可用于保护共享数据不被多个线程同时访问。与便于独占访问的其他互斥类型不同，shared_mutex 拥有二个访问级别：

共享 - 多个线程能共享同一互斥的所有权；
独占性 - 仅一个线程能占有互斥。
1）若一个线程已经通过lock或try_lock获取独占锁（写锁），则无其他线程能获取该锁（包括共享的）。尝试获得读锁的线程也会被阻塞。
2）仅当任何线程均未获取独占性锁时，共享锁（读锁）才能被多个线程获取（通过 lock_shared 、try_lock_shared ）。
3）在一个线程内，同一时刻只能获取一个锁（共享或独占性）。

成员函数主要包含两大类：排他性锁定（写锁）和共享锁定（读锁）。

2.1 排他性锁定

• lock
  锁定互斥。若另一线程已锁定互斥，则lock的调用线程将阻塞执行，直至获得锁。
  若已以任何模式（共享或排他性）占有 mutex 的线程调用 lock ，则行为未定义。也就是说，已经获得读模式锁或者写模式锁的线程再次调用lock的话，行为是未定义的。
  注意：通常不直接使用std::shared_mutex::lock()，而是通过unique_lock或者lock_guard进行管理。
• unlock
  解锁互斥。
  互斥必须为当前执行线程所锁定，否则行为未定义。如果当前线程不拥有该互斥还去调用unlock，那么就不知道去unlock谁，行为是未定义的。
  注意：通常不直接调用 unlock() 而是用 std::unique_lock 与 std::lock_guard 管理排他性锁定。

2.2 共享锁定

• std::shared_mutex::lock_shared
  相比mutex，shared_mutex还拥有lock_shared函数。
  该函数获得互斥的共享所有权。若另一线程以排他性所有权保有互斥，则lock_shared的调用者将阻塞执行，直到能取得共享所有权。
  若已以任何模式（排他性或共享）占有 mutex 的线程调用 lock_shared ，则行为未定义。即：当以读模式或者写模式拥有锁的线程再次调用lock_shared时，行为是未定义的，可能产生死锁。
  若多于实现定义最大数量的共享所有者已以共享模式锁定互斥，则 lock_shared 阻塞执行，直至共享所有者的数量减少。所有者的最大数量保证至少为 10000。
  注意：通常不直接调用 lock_shared() 而是用 std::shared_lock 管理共享锁定。
  shared_lock与unique_lock的使用方法类似、
• std::shared_mutex::unlock_shared
  将互斥从调用方线程的共享所有权释放。
  当前执行线程必须以共享模式锁定互斥，否则行为未定义。
  通常不直接调用 unlock_shared() 而是用 std::shared_lock 管理共享锁定。

官网case：

#include <iostream>
#include <mutex>  // 对于 std::unique_lock
#include <shared_mutex>
#include <thread>
 
class ThreadSafeCounter {
 public:
  ThreadSafeCounter() = default;
 
  // 多个线程/读者能同时读计数器的值。
  unsigned int get() const {
    std::shared_lock<std::shared_mutex> lock(mutex_);
    return value_;
  }
 
  // 只有一个线程/写者能增加/写线程的值。
  void increment() {
    std::unique_lock<std::shared_mutex> lock(mutex_);
    value_++;
  }
 
  // 只有一个线程/写者能重置/写线程的值。
  void reset() {
    std::unique_lock<std::shared_mutex> lock(mutex_);
    value_ = 0;
  }
 
 private:
  mutable std::shared_mutex mutex_;
  unsigned int value_ = 0;
};
 
int main() {
  ThreadSafeCounter counter;
 
  auto increment_and_print = [&counter]() {
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
      counter.increment();
      std::cout << std::this_thread::get_id() << ' ' << counter.get() << '\n';
 
      // 注意：写入 std::cout 实际上也要由另一互斥同步。省略它以保持示例简洁。
    }
  };
 
  std::thread thread1(increment_and_print);
  std::thread thread2(increment_and_print);
 
  thread1.join();
  thread2.join();
}
 
// 解释：下列输出在单核机器上生成。 thread1 开始时，它首次进入循环并调用 increment() ，
// 随后调用 get() 。然而，在它能打印返回值到 std::cout 前，调度器将 thread1 置于休眠
// 并唤醒 thread2 ，它显然有足够时间一次运行全部三个循环迭代。再回到 thread1 ，它仍在首个
// 循环迭代中，它最终打印其局部的计数器副本的值，即 1 到 std::cout ，再运行剩下二个循环。
// 多核机器上，没有线程被置于休眠，且输出更可能为递增顺序。

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原文链接：https://blog.csdn.net/princeteng/article/details/103952888