mutex：std::shared_mutex::unlock_shared

引入

在现代 C++ 开发中，多线程编程的复杂性要求我们必须有可靠的互斥机制以确保在共享资源访问时的安全性。C++17 引入的 <mutex> 头文件中包含了 std::shared_mutex，一种特殊类型的互斥量，支持多线程的并发读取及独占写入。std::shared_mutex::unlock_shared 函数则是用于释放共享锁的关键方法。使用该功能，在数据共享和复制期间，可以允许多个线程同时读取共享数据，同时确保在涉及修改时的资源保护。理解并正确使用 unlock_shared 对于确保多线程程序的稳定性与性能至关重要。

1. 特性与函数介绍

1.1 特性

• 释放共享锁：unlock_shared 用于释放由 lock_shared 申请的共享锁，使得其他线程能够获取共享锁或者独占锁。
• 线程安全：只有持有当前共享锁的线程才可以调用此方法，防止意外的错误导致数据不一致。
• 提升性能：在读多写少的应用场景中，该机制使得读线程能够快速、并发地访问数据，并在不竞争的情况下释放锁。

1.2 函数语法

std::shared_mutex::unlock_shared 的基本语法如下：

#include <mutex>

class shared_mutex : public mutex {
public:
    void unlock_shared(); // 释放共享锁
    ...
};

• 无参数：此函数不需要任何参数。
• 无返回值：该函数的成功执行不会返回值，但如果未成功调用，将会抛出异常（如在未持有锁的情况下）、从而维护程序安全性。

2. 完整示例代码

以下示例展示了如何使用 std::shared_mutex::unlock_shared 在多线程环境中安全地进行读取操作。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <shared_mutex>
#include <vector>

std::shared_mutex smtx;          // 定义共享互斥锁
std::vector<int> sharedData;     // 共享数据数组

// 读取数据的函数
void readData() {
    smtx.lock_shared();  // 申请共享锁
    std::cout << "Thread " << std::this_thread::get_id() 
              << " read values: ";
    for (const auto& val : sharedData) {
        std::cout << val << " "; // 输出共享数据
    }
    std::cout << std::endl;
    smtx.unlock_shared(); // 释放共享锁
}

// 写入数据的函数
void writeData(int value) {
    smtx.lock(); // 申请独占锁
    sharedData.push_back(value);
    std::cout << "Thread " << std::this_thread::get_id() 
              << " wrote value: " << value << std::endl;
    smtx.unlock(); // 释放独占锁
}

int main() {
    const int numWriters = 2; // 写线程数量
    const int numReaders = 5;  // 读线程数量
    std::vector<std::thread> writers;
    std::vector<std::thread> readers;

    // 启动写线程
    for (int i = 0; i < numWriters; ++i) {
        writers.emplace_back(writeData, i + 1);
    }

    // 启动读线程
    for (int i = 0; i < numReaders; ++i) {
        readers.emplace_back(readData);
    }

    // 等待所有线程完成
    for (auto& writer : writers) {
        writer.join();
    }
    for (auto& reader : readers) {
        reader.join();
    }

    return 0;
}

3. 代码解析

1. 引入必要的头文件：

   • 示例包含了 <iostream>、<thread>、<shared_mutex> 和 <vector>，以便支持相关的多线程和互斥量功能。

2. 定义共享数据和互斥锁：

   • std::shared_mutex smtx; 被初始化用于线程间的安全访问，同时定义共享数据容器 std::vector<int> sharedData;。

3. 定义读取函数：

   • readData 函数中调用 lock_shared() 申请共享锁，并在读操作完成后调用 unlock_shared() 释放锁。

4. 定义写入函数：

   • writeData 函数通过 lock() 申请独占锁以将产生的数据写入共享容器，并在结束后释放锁。

5. 主函数中的线程管理：

   • 在 main 函数中创建写线程和读线程，通过在不同线程中运行删除调用读写函数实现数据的并发写入和读取。

4. 适用场景分析

4.1 读多写少的场合

在应用程序中涉及频繁读取而较少写入的情境下（如网络缓存、数据库状态查看），std::shared_mutex::unlock_shared 显著提高了共享数据访问的效率。

4.2 实时更新的面板

在需要持续更新和查看并发数据的实时系统中（如股市监控系统），线程能够同时读取数据而没有等待，极大增强用户体验。

4.3 共享日志或统计数据

在处理字号的数据收集、实时日志查看等场景，允许多个科目并行读取时，需要确保读写步骤之间的数据一致。

5. 总结

std::shared_mutex::unlock_shared 是 C++ 提供的重要同步机制，结合了高效的读取共享和安全的写入管理。通过使用共享互斥量和合理的访问控制，开发者能够构建出既能满足高吞吐量又能保持数据行为一致性的多线程应用程序。掌握这一特性，不仅降低了竞争条件对程序性能的不良影响，还提升了多线程操作的灵活性与响应速度。掌握共享互斥量相关功能，让开发者能够采用更加优雅的解决方案来应对复杂的并发场景。