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2024-11-08 05:34:45 来源:救赎2钓鱼源码 分类:探索

1.mutexԴ??
2.Rust并发:标准库sync::Once源码分析
3.Qt互斥锁(QMutex)的使用、QMutexLocker的使用(含源码+注释)
4.C++ shared_mutex应用以及源码解析
5.Go并发编程:goroutine,channel和sync详解

mutex源码

mutexԴ??

       我最近建立了一个在线自习室(App:番茄ToDO)用于相互监督学习,感兴趣的小伙伴可以加入。自习室加入码:D5A7A

       Java并发包下的类大多基于AQS(AbstractQueuedSynchronizer)框架实现,而AQS线程安全的实现依赖于两个关键类:Unsafe和LockSupport。

       其中,网页源码显示行号Unsafe主要提供CAS操作(关于CAS,在文章《读懂AtomicInteger源码(多线程专题)》中讲解过),LockSupport主要提供park/unpark操作。实际上,park/unpark操作的最终调用还是基于Unsafe类,因此Unsafe类才是核心。

       Unsafe类的实现是由native关键字说明的,这意味着这个方法是原生函数,是用C/C++语言实现的,并被编译成了DLL,由Java去调用。

       park函数的作用是将当前调用线程阻塞,而unpark函数则是唤醒指定线程。

       park是在线考试系统源码 asp.net等待一个许可,unpark是为某线程提供一个许可。如果线程A调用park,除非另一个线程调用unpark(A)给A一个许可,否则线程A将阻塞在park操作上。每次调用一次park,需要有一个unpark来解锁。

       并且,unpark可以先于park调用,但不管unpark先调用多少次,都只提供一个许可,不可叠加。只需要一次park来消费掉unpark带来的许可,再次调用会阻塞。

       在Linux系统下,park和unpark是通过Posix线程库pthread中的mutex(互斥量)和condition(条件变量)来实现的。

       简单来说,mutex和condition保护了一个叫_counter的信号量。当park时,这个变量被设置为0,html5移动端源码下载当unpark时,这个变量被设置为1。当_counter=0时线程阻塞,当_counter>0时直接设为0并返回。

       每个Java线程都有一个Parker实例,Parker类的部分源码如下:

       由源码可知,Parker类继承于PlatformParker,实际上是用Posix的mutex和condition来实现的。Parker类里的_counter字段,就是用来记录park和unpark是否需要阻塞的标识。

       具体的执行逻辑已经用注释标记在代码中,简要来说,就是检查_counter是不是大于0,如果是,则把_counter设置为0,返回。如果等于零,继续执行,阻塞等待。细说php 第二版 源码

       unpark直接设置_counter为1,再unlock mutex返回。如果_counter之前的值是0,则还要调用pthread_cond_signal唤醒在park中等待的线程。源码如下:

       (如果不会下载JVM源码可以后台回复“jdk”,获得下载压缩包)

Rust并发:标准库sync::Once源码分析

       一次初始化同步原语Once,其核心功能在于确保闭包仅被执行一次。常见应用包括FFI库初始化、静态变量延迟初始化等。

       标准库中的Once实现更为复杂,其关键在于如何高效地模拟Mutex阻塞与唤醒机制。这一机制依赖于线程暂停和唤醒原语thread::park/unpark,它们是实现多线程同步对象如Mutex、Condvar等的基础。

       具体实现中,Once维护四个内部状态,状态与等待队列头指针共同存储于AtomicUsize中,利用4字节对齐优化空间。

       构造Once实例时,3d试衣间源码初始化状态为Incomplete。调用Once::call_once或Once::call_once_force时,分别检查是否已完成初始化,未完成则执行闭包,闭包执行路径标记为冷路径以节省资源,同时避免泛型导致的代码膨胀。

       闭包执行逻辑由Once::call_inner负责,线程尝试获取执行权限,未能获取则进入等待状态,获取成功后执行闭包,结束后唤醒等待线程。

       等待队列通过无锁侵入式链表实现,节点在栈上分配,以优化内存使用。Once::wait函数实现等待线程逻辑,WaiterQueue的drop方法用于唤醒所有等待线程,需按特定顺序操作栈节点,以避免use after free等潜在问题。

       思考题:如何在实际项目中利用Once实现资源安全共享?如何评估Once与Mutex等同步原语在不同场景下的性能差异?

Qt互斥锁(QMutex)的使用、QMutexLocker的使用(含源码+注释)

       Qt中的互斥锁(QMutex)和QMutexLocker是为了解决多线程并发控制中的同步问题。QMutexLocker是一种封装了QMutex的便捷工具,用于自动管理锁的获取和释放,降低了在复杂程序中出错的风险。

       QMutex在使用时需要手动进行锁定和解锁操作,但这种繁琐的过程容易导致忘记或错误操作。为简化这一过程,QMutexLocker被设计为局部变量,创建时传入一个QMutex指针并自动锁定,释放时自动解锁。这种设计使得代码更简洁,不易出错。

       通过对比使用QMutex和QMutexLocker的代码,可以看出QMutexLocker省去了显式的锁定和解锁操作。例如,CMoveFuncClass使用QMutexLocker确保了在跨线程操作中的互斥性,而CThread则直接使用QMutex,但需要手动进行同步。在CMainWindow中,使用QMutexLocker的线程能确保互斥执行,另一个线程则在前一个线程完成后运行,证实了QMutexLocker的有效性。

       总的来说,QMutexLocker为多线程编程提供了便利,减少了因忘记锁定或解锁带来的潜在问题。但在某些场景,如多线程循环输出,可能需要更精确的控制,此时QMutex可能更为合适。因此,选择使用QMutex或QMutexLocker应根据具体的需求和线程结构来决定。

C++ shared_mutex应用以及源码解析

       在实际应用中,处理并发问题是开发实践中的一大挑战。当多个线程同时访问同一资源时,数据竞态问题便随之而来。为了解决此问题,互斥量(mutex)应运而生,它允许同一时刻只有一个线程访问临界资源,实现资源访问的排他性。

       当线程间的读写操作频率不一致时,常规的互斥量无法满足高效访问的需求。此时,共享互斥锁(shared_mutex)成为了解决方案,它允许多个线程同时读取资源,而写操作则需要独占资源。这尤其适用于读操作频繁而写操作不频繁的场景,能显著提升程序效率。

       下面,我们通过代码实例来探讨共享互斥锁的使用。定义读写锁时,首先引入`std::shared_mutex`。通过`std::shared_lock`操作,可以以共享方式立即获取锁,或在构造时以独占方式上锁。锁的释放则在析构函数中完成。

       三个线程的示例代码展示了读写操作的并发执行。运行结果显示,读操作线程得到的临界资源值准确无误,证明了共享互斥锁在读操作并发时的正确性。然而,读操作线程的输出显示了一定程度的混乱,这并非共享互斥锁的问题,而是输出流操作的并发性导致的。

       深入源码解析,我们可以发现`std::shared_lock`和`std::unique_lock`的实现细节。两者均使用RAII技术进行锁管理,但共享锁允许以共享或独占方式获取锁,而独占锁仅允许独占获取。源码中展示了锁的上锁和解锁过程,以及内部状态管理,包括持有锁状态的判断和更新。

       共享互斥锁的底层实现基于`shared_mutex_base`类,通过一组成员变量和API封装了锁的管理逻辑。尝试加锁和解锁过程体现了锁的非阻塞特性。在进行锁的释放时,需要考虑共享持有状态,确保锁的正确释放。

       总结而言,共享互斥锁提供了高效且灵活的并发控制机制,适用于读操作频繁、写操作不频繁的场景。通过深入源码解析,我们能够更全面地理解锁的实现细节和工作原理,从而在实际开发中更加有效地应用共享互斥锁,解决并发问题。

Go并发编程:goroutine,channel和sync详解

       ä¼˜é›…的并发编程范式,完善的并发支持,出色的并发性能是Go语言区别于其他语言的一大特色。

       åœ¨å½“今这个多核时代,并发编程的意义不言而喻。使用Go开发并发程序,操作起来非常简单,语言级别提供关键字go用于启动协程,并且在同一台机器上可以启动成千上万个协程。

       ä¸‹é¢å°±æ¥è¯¦ç»†ä»‹ç»ã€‚

goroutine

       Go语言的并发执行体称为goroutine,使用关键词go来启动一个goroutine。

       go关键词后面必须跟一个函数,可以是有名函数,也可以是无名函数,函数的返回值会被忽略。

       go的执行是非阻塞的。

       å…ˆæ¥çœ‹ä¸€ä¸ªä¾‹å­ï¼š

packagemainimport("fmt""time")funcmain(){ gospinner(*time.Millisecond)constn=fibN:=fib(n)fmt.Printf("\rFibonacci(%d)=%d\n",n,fibN)//Fibonacci()=}funcspinner(delaytime.Duration){ for{ for_,r:=range`-\|/`{ fmt.Printf("\r%c",r)time.Sleep(delay)}}}funcfib(xint)int{ ifx<2{ returnx}returnfib(x-1)+fib(x-2)}

       ä»Žæ‰§è¡Œç»“果来看,成功计算出了斐波那契数列的值,说明程序在spinner处并没有阻塞,而且spinner函数还一直在屏幕上打印提示字符,说明程序正在执行。

       å½“计算完斐波那契数列的值,main函数打印结果并退出,spinner也跟着退出。

       å†æ¥çœ‹ä¸€ä¸ªä¾‹å­ï¼Œå¾ªçŽ¯æ‰§è¡Œæ¬¡ï¼Œæ‰“印两个数的和:

packagemainimport"fmt"funcAdd(x,yint){ z:=x+yfmt.Println(z)}funcmain(){ fori:=0;i<;i++{ goAdd(i,i)}}

       æœ‰é—®é¢˜äº†ï¼Œå±å¹•ä¸Šä»€ä¹ˆéƒ½æ²¡æœ‰ï¼Œä¸ºä»€ä¹ˆå‘¢ï¼Ÿ

       è¿™å°±è¦çœ‹Go程序的执行机制了。当一个程序启动时,只有一个goroutine来调用main函数,称为主goroutine。新的goroutine通过go关键词创建,然后并发执行。当main函数返回时,不会等待其他goroutine执行完,而是直接暴力结束所有goroutine。

       é‚£æœ‰æ²¡æœ‰åŠžæ³•è§£å†³å‘¢ï¼Ÿå½“然是有的,请往下看。

channel

       ä¸€èˆ¬å†™å¤šè¿›ç¨‹ç¨‹åºæ—¶ï¼Œéƒ½ä¼šé‡åˆ°ä¸€ä¸ªé—®é¢˜ï¼šè¿›ç¨‹é—´é€šä¿¡ã€‚常见的通信方式有信号,共享内存等。goroutine之间的通信机制是通道channel。

       ä½¿ç”¨make创建通道:

ch:=make(chanint)//ch的类型是chanint

       é€šé“支持三个主要操作:send,receive和close。

ch<-x//发送x=<-ch//接收<-ch//接收,丢弃结果close(ch)//关闭无缓冲channel

       make函数接受两个参数,第二个参数是可选参数,表示通道容量。不传或者传0表示创建了一个无缓冲通道。

       æ— ç¼“冲通道上的发送操作将会阻塞,直到另一个goroutine在对应的通道上执行接收操作。相反,如果接收先执行,那么接收goroutine将会阻塞,直到另一个goroutine在对应通道上执行发送。

       æ‰€ä»¥ï¼Œæ— ç¼“冲通道是一种同步通道。

       ä¸‹é¢æˆ‘们使用无缓冲通道把上面例子中出现的问题解决一下。

packagemainimport"fmt"funcAdd(x,yint,chchanint){ z:=x+ych<-z}funcmain(){ ch:=make(chanint)fori:=0;i<;i++{ goAdd(i,i,ch)}fori:=0;i<;i++{ fmt.Println(<-ch)}}

       å¯ä»¥æ­£å¸¸è¾“出结果。

       ä¸»goroutine会阻塞,直到读取到通道中的值,程序继续执行,最后退出。

缓冲channel

       åˆ›å»ºä¸€ä¸ªå®¹é‡æ˜¯5的缓冲通道:

ch:=make(chanint,5)

       ç¼“冲通道的发送操作在通道尾部插入一个元素,接收操作从通道的头部移除一个元素。如果通道满了,发送会阻塞,直到另一个goroutine执行接收。相反,如果通道是空的,接收会阻塞,直到另一个goroutine执行发送。

       æœ‰æ²¡æœ‰æ„Ÿè§‰ï¼Œå…¶å®žç¼“冲通道和队列一样,把操作都解耦了。

单向channel

       ç±»åž‹chan<-int是一个只能发送的通道,类型<-chanint是一个只能接收的通道。

       ä»»ä½•åŒå‘通道都可以用作单向通道,但反过来不行。

       è¿˜æœ‰ä¸€ç‚¹éœ€è¦æ³¨æ„ï¼Œclose只能用在发送通道上,如果用在接收通道会报错。

       çœ‹ä¸€ä¸ªå•å‘通道的例子:

packagemainimport"fmt"funccounter(outchan<-int){ forx:=0;x<;x++{ out<-x}close(out)}funcsquarer(outchan<-int,in<-chanint){ forv:=rangein{ out<-v*v}close(out)}funcprinter(in<-chanint){ forv:=rangein{ fmt.Println(v)}}funcmain(){ n:=make(chanint)s:=make(chanint)gocounter(n)gosquarer(s,n)printer(s)}sync

       sync包提供了两种锁类型:sync.Mutex和sync.RWMutex,前者是互斥锁,后者是读写锁。

       å½“一个goroutine获取了Mutex后,其他goroutine不管读写,只能等待,直到锁被释放。

packagemainimport("fmt""sync""time")funcmain(){ varmutexsync.Mutexwg:=sync.WaitGroup{ }//主goroutine先获取锁fmt.Println("Locking(G0)")mutex.Lock()fmt.Println("locked(G0)")wg.Add(3)fori:=1;i<4;i++{ gofunc(iint){ //由于主goroutine先获取锁,程序开始5秒会阻塞在这里fmt.Printf("Locking(G%d)\n",i)mutex.Lock()fmt.Printf("locked(G%d)\n",i)time.Sleep(time.Second*2)mutex.Unlock()fmt.Printf("unlocked(G%d)\n",i)wg.Done()}(i)}//主goroutine5秒后释放锁time.Sleep(time.Second*5)fmt.Println("readyunlock(G0)")mutex.Unlock()fmt.Println("unlocked(G0)")wg.Wait()}

       RWMutex属于经典的单写多读模型,当读锁被占用时,会阻止写,但不阻止读。而写锁会阻止写和读。

packagemainimport("fmt""sync""time")funcmain(){ varrwMutexsync.RWMutexwg:=sync.WaitGroup{ }Data:=0wg.Add()fori:=0;i<;i++{ gofunc(tint){ //第一次运行后,写解锁。//循环到第二次时,读锁定后,goroutine没有阻塞,同时读成功。fmt.Println("Locking")rwMutex.RLock()deferrwMutex.RUnlock()fmt.Printf("Readdata:%v\n",Data)wg.Done()time.Sleep(2*time.Second)}(i)gofunc(tint){ //写锁定下是需要解锁后才能写的rwMutex.Lock()deferrwMutex.Unlock()Data+=tfmt.Printf("WriteData:%v%d\n",Data,t)wg.Done()time.Sleep(2*time.Second)}(i)}wg.Wait()}总结

       å¹¶å‘编程算是Go的特色,也是核心功能之一了,涉及的知识点其实是非常多的,本文也只是起到一个抛砖引玉的作用而已。

       æœ¬æ–‡å¼€å§‹ä»‹ç»äº†goroutine的简单用法,然后引出了通道的概念。

       é€šé“有三种:

       æ— ç¼“冲通道

       ç¼“冲通道

       å•å‘通道

       æœ€åŽä»‹ç»äº†Go中的锁机制,分别是sync包提供的sync.Mutex(互斥锁)和sync.RWMutex(读写锁)。

       goroutine博大精深,后面的坑还是要慢慢踩的。

       æ–‡ç« ä¸­çš„脑图和源码都上传到了GitHub,有需要的同学可自行下载。

       åœ°å€ï¼šgithub.com/yongxinz/gopher/tree/main/sc

       ä½œè€…:yongxinz

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