优化读/写锁的实现

Posted 2023-02-21

【中文标题】优化读/写锁的实现

【英文标题】：optimize the implementation of read/write locks

【发布时间】：2015-05-05 04:35:48

【问题描述】：

我目前正在使用 boost 库实现读/写锁，而不使用 shared_lock 和 unique_lock。我已经阅读了一些相关的问题（例如，How would a readers/writer lock be implemented in C++11?），但我仍然想优化实现。

这是我的代码：

enum LockType  NO_LOCK, READ_LOCK, WRITE_LOCK, INC_LOCK ;
boost::mutex mutex_;
boost::condition condition_;
LockType lock_;
size_t owner_count_;

void AcquireReadLock() 
    mutex_.lock();
    while (lock_ != NO_LOCK && lock_ != READ_LOCK)
        condition_.wait(mutex_);
    
    // if there is no lock, then acquire read lock.
    if (lock_ == NO_LOCK) 
        lock_ = READ_LOCK;
        ++owner_count_;
        mutex_.unlock();
        return;
    
    else 
        // if there is read lock, then still acquire read lock.
        assert(lock_ == READ_LOCK);
        ++owner_count_;
        mutex_.unlock();
        return;
    


void AcquireWriteLock() 
    mutex_.lock();
    while (lock_ != NO_LOCK)
        condition_.wait(mutex_);
    
    // if there is no lock, then acquire write lock.
    assert(lock_ == NO_LOCK);
    lock_ = WRITE_LOCK;
    mutex_.unlock();
    return;


void ReleaseReadLock() 
    mutex_.lock();
    --owner_count_;
    if (owner_count_ == 0) 
        lock_ = NO_LOCK;
    
    mutex_.unlock();
    // is it correct to use notify_all?
    condition_.notify_all();


void ReleaseWriteLock() 
    mutex_.lock();
    lock_ = NO_LOCK;
    mutex_.unlock();
    // is it correct to use notify_all?
    condition_.notify_all();

问题是：

释放锁时是否应该使用 notify_all？根据文档，一旦一个线程得到通知，它就会重新获得锁。如果使用 notify_all，则多个线程可以重新获取同一个锁。那时会发生什么？以及线程是否会在检查条件之前获取锁（即 lock_!=NO_LOCK && lock_!=READ_LOCK）？

如何优化程序？显然，当释放读锁时，我们只需要通知试图获取写锁的线程，因为读永远不会阻塞读。那么如何实现这个想法呢？

提前感谢您的帮助！

【参考方案1】：

释放锁时是否应该使用notify_all？根据文档，一旦一个线程得到通知，它就会重新获得锁。如果使用 notify_all，则多个线程可以重新获取同一个锁。那时会发生什么？以及线程是否会在检查条件之前获取锁（即 lock_!=NO_LOCK && lock_!=READ_LOCK）？

是的，您应该在释放锁时使用 notify_all。所有等待互斥锁的条件_都会被一一唤醒，因为它们必须首先锁定互斥锁（这是在条件_等待操作中完成的）。

如何优化程序？显然，当释放读锁时，我们只需要通知试图获取写锁的线程，因为读永远不会阻塞读。那么如何实现这个想法呢？

必须通知所有等待mutex_的线程，因为一些写线程可能等待读锁被释放。

希望对你有帮助！

【讨论】：

hi yanchong，我认为您的回答与@Tsyvarev 的回答相矛盾，因为他认为 notify 就足够了。我们只需要通知一个线程，并且被通知的线程会在进入临界区之前检查条件并获取锁，这似乎是合理的。对吗？

@Frank，在你的ReleaseReadLock() 中，当调用notify 时，你的_mutex 被解锁，所以可能有另一个写线程只是AcquireWriteLock 成功，之后一些读线程被阻塞在AcquireReadLock，因此，在你的 notify 被调用之前，有一些读写线程都在等待 _mutex，所以 notify_all 总是有帮助的。

【参考方案2】：

如果使用 notify_all，那么多个线程可以重新获取同一个锁。

没有。每个被通知的线程都会竞争获取锁，就像mutex_.lock()一样。即使使用 notify_all，最多只有一个线程可以同时执行临界区的代码。所以，使用 notify_all 是完全正确的。

如何优化程序？显然，当释放读锁时，我们只需要通知试图获取写锁的线程，因为读永远不会阻塞读。那么如何实现这个想法呢？

由于读取从不阻塞读取，因此没有读取线程可以wait() 其他读取线程。所以即使你当前的代码ReleaseReadLock()也只能通知写线程。

因此，在ReleaseReadLock() 中，您可以安全地使用notify() 而不是notify_all：没有理由唤醒所有写入线程，因为只有其中一个可以获取您的读写锁。

至于其他优化，您最好修复伪影，在此答案中列出：https://***.com/a/12657243/3440745