C++中unique_lock和lock_guard區(qū)別小結(jié)

更新時間：2025年04月16日 09:59:02 作者：流星雨愛編程

本文主要介紹了C++中unique_lock和lock_guard區(qū)別,std::unique_lock?和?std::lock_guard屬于標(biāo)準(zhǔn)庫mute中的互斥鎖管理工具,用于簡化互斥鎖的使用并確保線程安全,具有一定的參考價值,感興趣的可以了解一下

1.自動鎖定與解鎖機制

1) std::lock_guard：一個輕量級的互斥鎖包裝器，采用了 RAII（資源獲取即初始化）技術(shù)。當(dāng) std::lock_guard 對象被創(chuàng)建時，它會自動鎖定所關(guān)聯(lián)的互斥鎖；當(dāng)對象離開其作用域時，會自動解鎖該互斥鎖。它的設(shè)計遵循最小化原則，僅提供最基本的鎖管理功能，沒有額外的開銷。其核心實現(xiàn)原理可以簡化為：

template<classMutex>
classlock_guard {
public:
    explicitlock_guard(Mutex& m) : mutex(m) {
        mutex.lock();
    }
    
    ~lock_guard() {
        mutex.unlock();
    }
    
    lock_guard(const lock_guard&) = delete;
    lock_guard& operator=(const lock_guard&) = delete;

private:
    Mutex& mutex;
};

示例代碼如下：

#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>

std::mutex mtx;

void printMessage() {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
    std::cout << "This message is protected by lock_guard." << std::endl;
    // 當(dāng) lock_guard 對象離開作用域時，互斥鎖會自動解鎖
}

int main() {
    std::thread t(printMessage);
    t.join();
    return 0;
}

2) std::unique_lock：同樣基于 RAII 技術(shù)，在對象銷毀時會自動解鎖互斥鎖。不過，它的鎖定和解鎖操作更加靈活，可以在對象創(chuàng)建時選擇不立即鎖定互斥鎖，也可以在對象生命周期內(nèi)手動鎖定和解鎖。unique_lock 是 C++11 標(biāo)準(zhǔn)中引入的更高級的鎖管理器，設(shè)計目標(biāo)是提供更靈活的鎖管理能力。其核心接口包括：

class unique_lock {
public:
    // 構(gòu)造時可選立即加鎖、延遲加鎖或嘗試加鎖
    unique_lock(mutex_type& m, std::defer_lock_t) noexcept;
    unique_lock(mutex_type& m, std::try_to_lock_t);
    unique_lock(mutex_type& m, std::adopt_lock_t);
    
    // 轉(zhuǎn)移構(gòu)造函數(shù)
    unique_lock(unique_lock&& other) noexcept;
    
    // 手動控制接口
    voidlock();
    booltry_lock();
    voidunlock();
    
    // 狀態(tài)查詢
    explicitoperatorbool()constnoexcept;
    boolowns_lock()constnoexcept;
};

示例代碼如下：

#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>

std::mutex mtx;

void printMessage() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx, std::defer_lock);
    // 手動鎖定互斥鎖
    lock.lock();
    std::cout << "This message is protected by unique_lock." << std::endl;
    // 手動解鎖互斥鎖
    lock.unlock();
}

int main() {
    std::thread t(printMessage);
    t.join();
    return 0;
}

std::unique_lock 允許在對象生命周期內(nèi)多次手動調(diào)用 lock()、unlock() 和 try_lock() 方法。這在需要在臨界區(qū)內(nèi)進(jìn)行部分操作后暫時釋放鎖，執(zhí)行一些非關(guān)鍵操作，然后再次鎖定的場景中很有用。如：

#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>

std::mutex mtx;

void work() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
    std::cout << "Entered critical section." << std::endl;
    // 執(zhí)行部分臨界區(qū)操作
    lock.unlock();
    std::cout << "Temporarily released the lock." << std::endl;
    // 執(zhí)行一些非關(guān)鍵操作
    lock.lock();
    std::cout << "Re - entered critical section." << std::endl;
    // 繼續(xù)執(zhí)行臨界區(qū)操作
}

int main() {
    std::thread t(work);
    t.join();
    return 0;
}

2.靈活性

1）std::lock_guard: 功能相對單一，缺乏靈活性。一旦創(chuàng)建，就會立即鎖定互斥鎖，并且在其生命周期內(nèi)無法手動解鎖，只能在對象離開作用域時自動解鎖。

2）std::unique_lock：具有更高的靈活性。它支持三種鎖定策略：

std::defer_lock_t   // 延遲鎖定
std::try_to_lock_t  // 嘗試鎖定
std::adopt_lock_t   // 接管已鎖定狀態(tài)

延遲鎖定（std::defer_lock）：創(chuàng)建 std::unique_lock 對象時，可以選擇不立即鎖定互斥鎖。這在需要先進(jìn)行一些準(zhǔn)備工作，之后再鎖定互斥鎖的場景中非常有用。如：

#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>

std::mutex mtx;

void work() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx, std::defer_lock);
    // 進(jìn)行一些無需加鎖的準(zhǔn)備工作
    std::cout << "Doing some preparation work..." << std::endl;
    lock.lock();
    std::cout << "Critical section entered." << std::endl;
    // 臨界區(qū)代碼
    lock.unlock();
    std::cout << "Critical section exited." << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t(work);
    t.join();
    return 0;
}

嘗試鎖定（std::try_to_lock）：使用 std::try_to_lock 可以嘗試鎖定互斥鎖，如果互斥鎖當(dāng)前已被其他線程鎖定，std::unique_lock 對象不會阻塞，而是立即返回，可通過 owns_lock() 方法判斷是否成功鎖定。如：

#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>

std::mutex mtx;

void work() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx, std::try_to_lock);
    if (lock.owns_lock()) {
        std::cout << "Successfully locked the mutex." << std::endl;
        // 臨界區(qū)代碼
    } else {
        std::cout << "Failed to lock the mutex, doing other work." << std::endl;
        // 執(zhí)行其他不需要鎖定互斥鎖的工作
    }
}

int main() {
    std::thread t(work);
    t.join();
    return 0;
}

3.所有權(quán)轉(zhuǎn)移

std::lock_guard：

不支持所有權(quán)轉(zhuǎn)移，即不能將一個 std::lock_guard 對象的互斥鎖所有權(quán)轉(zhuǎn)移給另一個對象。

std::unique_lock：

支持所有權(quán)轉(zhuǎn)移，可以通過移動構(gòu)造函數(shù)或移動賦值運算符將互斥鎖的所有權(quán)從一個 std::unique_lock 對象轉(zhuǎn)移到另一個對象。這在函數(shù)返回 std::unique_lock 對象或需要在不同作用域之間傳遞鎖的所有權(quán)時非常有用。

示例代碼如下：

#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>

std::mutex mtx;

std::unique_lock<std::mutex> getLock() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
    return std::move(lock);
}

void printMessage() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock = getLock();
    std::cout << "This message is protected by transferred unique_lock." << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t(printMessage);
    t.join();
    return 0;
}

4.可與條件變量配合使用

std::unique_lock 能夠與 std::condition_variable 一起使用，std::condition_variable 的 wait()、wait_for() 和 wait_until() 等方法要求傳入 std::unique_lock 對象，因為在等待期間需要釋放和重新獲取鎖。

#include <iostream>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <thread>

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;
bool ready = false;

void worker() {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
    cv.wait(lock, []{ return ready; });
    std::cout << "Worker thread is working." << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t(worker);
    {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        ready = true;
    }
    cv.notify_one();
    t.join();
    return 0;
}

5.性能開銷

std::lock_guard：

由于其功能簡單，沒有額外的狀態(tài)管理，因此性能開銷相對較小，適合用于簡單的鎖定場景。

std::unique_lock：

為了支持更多的靈活性，std::unique_lock 需要維護(hù)更多的狀態(tài)信息，因此性能開銷相對較大。在對性能要求極高且鎖定邏輯簡單的場景下，使用 std::lock_guard 更為合適。

綜上所述，std::lock_guard 適用于簡單的鎖定場景，追求簡潔性和較低的性能開銷；而 std::unique_lock 則適用于需要更復(fù)雜鎖定邏輯、支持所有權(quán)轉(zhuǎn)移的場景，但會帶來一定的性能開銷。

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