在运行时选择互斥锁或虚拟互斥锁

Question

我有一个在多个项目之间共享的类，它的一些用途是单线程的，有些是多线程的。单线程用户不希望互斥锁的开销，而多线程用户不希望自己进行锁定，希望能够有选择地以“单线程模式”运行。所以我希望能够在运行时在真实和“虚拟”互斥锁之间进行选择。

理想情况下，我会拥有一个shared_ptr<something> 并分配一个真实或虚假的互斥对象。然后我会“锁定”它而不考虑里面有什么。

unique_lock<something> guard(*mutex);
... critical section ...

现在有一个signals2::dummy_mutex，但它不与boost::mutex 共享一个公共基类。

那么，在不使锁定/保护代码比上面的示例更复杂的情况下，在真正的互斥锁和虚拟互斥锁（信号 2 中的一个或其他）之间进行选择的优雅方法是什么？

而且，在您指出替代方案之前：

• 我可以在编译时选择一个实现，但是预处理器宏很难看，维护项目配置对我们来说很痛苦。
• 多线程环境中的类用户不想承担锁定类使用的责任，而不是让类在内部执行自己的锁定。
• “线程安全包装器”涉及的 API 和现有用法太多，无法成为实用的解决方案。

Answer 1

这还不够吗？

   class SomeClass
    {
    public:
        SomeClass(void);
        ~SomeClass(void);
        void Work(bool isMultiThreaded = false)
        {
            if(isMultiThreaded)
           {
               lock // mutex lock ...
               {
                    DoSomething
               }
           }
           else
           {
                DoSomething();
           }
       }   
    };

Answer 2

这样的事情怎么样？ 它未经测试，但应该接近确定。 您可能会考虑让模板类保存一个值而不是一个指针 如果您的互斥锁支持正确的结构。否则，您可以专门化 MyMutex 类以获取价值行为。

此外，复制或销毁也不小心。我将其作为练习留给读者；）（shared_ptr 或存储值而不是指针应该可以解决此问题）

哦，使用 RAII 而不是显式锁定/解锁的代码会更好......但这是一个不同的问题。我假设这就是你代码中的 unique_lock 的作用？

struct IMutex
{
  virtual ~IMutex(){}
  virtual void lock()=0;
  virtual bool try_lock()=0;
  virtual void unlock()=0;
};

template<typename T>
class MyMutex : public IMutex
{
  public:
    MyMutex(T t) : t_(t) {}
    void lock() { t_->lock(); }
    bool try_lock() { return t_->try_lock(); }
    void unlock() { t_->unlock(); }
  protected:
    T* t_;
};

IMutex * createMutex()
{
  if( isMultithreaded() )
  {
     return new MyMutex<boost::mutex>( new boost::mutex );
  }
  else
  {
     return new MyMutex<signal2::dummy_mutex>( new signal2::dummy_mutex );
  }
}


int main()
{
   IMutex * mutex = createMutex();
   ...
   {
     unique_lock<IMutex> guard( *mutex );
     ...
   }

}

Answer 3

由于signals2::dummy_mutex 和boost::mutex 这两个互斥类不共享一个公共基类，您可以使用类似“external polymorphism”的内容来允许对它们进行多态处理。然后，您可以将它们用作锁定 strategies 以获得通用互斥锁/锁定接口。这使您可以避免在锁实现中使用“if”语句。

注意：这基本上是 Michael 提出的解决方案所实现的。我建议他的回答。

Answer 4

一般来说，只有当资源在多个进程之间共享时才需要互斥锁。如果对象的实例对于（可能是多线程的）进程来说是唯一的，那么关键部分通常更合适。

在 Windows 中，关键部分的单线程实现是一个虚拟的。不确定您使用的是什么平台。

Answer 5

你听说过Policy-based Design吗？

您可以定义一个Lock Policy 接口，用户可以选择她想要的策略。为了便于使用，“默认”策略使用编译时变量进行精确化。

#ifndef PROJECT_DEFAULT_LOCK_POLICY
#define PROJECT_DEFAULT_LOCK_POLICY TrueLock
#endif

template <class LP = PROJECT_DEFAULT_LOCK_POLICY>
class MyClass {};

这样，您的用户可以通过简单的编译时开关来选择他们的策略，并且可以一次覆盖一个实例；）

Answer 6

仅供参考，这是我最终完成的实现。

我取消了抽象基类，将它与无操作“虚拟”实现合并。还要注意带有隐式转换运算符的shared_ptr 派生类。我认为这有点太棘手了，但它让我可以使用 shared_ptr<IMutex> 对象，而我以前使用 boost::mutex 对象，变化为零。

头文件：

class Foo {
   ...
private:
    struct IMutex {
        virtual ~IMutex()       { }
        virtual void lock()     { }
        virtual bool try_lock() { return true; }
        virtual void unlock()   { }
    };
    template <typename T> struct MutexProxy;

    struct MutexPtr : public boost::shared_ptr<IMutex> {
        operator IMutex&() { return **this; }
    };

    typedef boost::unique_lock<IMutex> MutexGuard;

    mutable MutexPtr mutex;
};

实现文件：

template <typename T>
struct Foo::MutexProxy : public IMutex {
    virtual void lock()     { mutex.lock(); }
    virtual bool try_lock() { return mutex.try_lock(); }
    virtual void unlock()   { mutex.unlock(); }
private:
    T mutex;
};

Foo::Foo(...) {
    mutex.reset(single_thread ? new IMutex : new MutexProxy<boost::mutex>);
}

Foo::Method() {
    MutexGuard guard(mutex);
}

Answer 7

这是我的解决方案：

std::unique_lock<std::mutex> lock = dummy ?
     std::unique_lock<std::mutex>(mutex, std::defer_lock) :
     std::unique_lock<std::mutex>(mutex);

Answer 8

基于策略的选项：

class SingleThreadedPolicy {
public:
    class Mutex {
    public:
        void Lock() {}
        void Unlock() {}
        bool TryLock() { return true; }
    };

    class ScopedGuard {
    public:
        ScopedGuard(Mutex& mutex) {}
    };
};

class MultithreadingPolicy {
public:
class ScopedGuard;

class Mutex {
friend class ScopedGuard;

private:
    std::mutex  mutex_;

public:
    void Lock() {
        mutex_.lock();
    }
    void Unlock() {
        mutex_.unlock();
    }
    bool TryLock() {
        return mutex_.try_lock();
    }
};

class ScopedGuard {
private:
    std::lock_guard<std::mutex> lock_;
    
public:
    ScopedGuard(Mutex& mutex) : lock_(mutex.mutex_) {}
};
};

那么可以这样使用：

template<class ThreadingPolicy = SingleThreadedPolicy>
class MyClass {
private:
    typedef typename ThreadingPolicy::Mutex Mutex;
    typedef typename ThreadingPolicy::ScopedGuard ScopedGuard;
    
    Mutex mutex_;

public:
    void DoSomething(){
        ScopedGuard guard(mutex_);
        std::cout<<"Hello World"<<std::endl;
    }
};