c++ - 如何实现递归 MRSW 锁？

Question

我的项目需要一个完全递归的多读/单写锁(共享互斥锁)——我不同意这样的观点，即如果你有完全的常量正确性，你就不需要它们(有在 boost 邮件列表上对此进行了一些讨论)，在我的例子中，锁应该保护一个完全透明的缓存，该缓存在任何情况下都是可变的。

关于递归 MRSW 锁的语义，我认为唯一有意义的是除了共享锁之外还获取排他锁会暂时释放共享锁，当释放独占锁时重新获取。

有点奇怪的是，解锁可以等待，但我可以接受 - 写入很少发生，递归锁定通常只通过递归代码路径发生，在这种情况下，调用者必须准备好调用可能在任何时间等待案件。为避免这种情况，仍然可以简单地升级锁而不是使用递归锁定。

在独占锁之上获取共享锁显然只会增加锁计数。

那么问题就变成了——我应该如何实现它？具有关键部分和两个信号量的常用方法在这里不起作用，因为 - 据我所知 - 唤醒的线程必须通过将线程 ID 插入锁的所有者映射来进行握手。

我认为使用两个条件变量和几个互斥量是可行的，但最终使用的大量同步原语听起来对我来说有点太多了。

我刚刚想到的一个想法是利用 TLS 来记住我持有的锁的类型(可能还有本地锁计数)。必须仔细考虑 - 但我现在仍会发布问题。

目标平台是 Win32，但这并不重要。请注意，我专门针对 Win2k，因此与 Windows 7 中新的 MRSW 锁定原语相关的任何内容都与我无关。 :-)

Answer 1

好的，我解决了。

它可以只用 2 个信号量、一个临界区和几乎没有比常规非递归 MRSW 锁更多的锁定来完成(显然在锁内花费了更多的 CPU 时间，因为必须管理多映射)-但它棘手。我提出的结构如下所示:

// Protects everything that follows, except mWriterThreadId and mRecursiveUpgrade
CRITICAL_SECTION mLock;
// Semaphore to wait on for a read lock
HANDLE mSemaReader;
// Semaphore to wait on for a write lock
HANDLE mSemaWriter;
// Number of threads waiting for a write lock.
int mWriterWaiting;
// Number of times the writer entered the write lock.
int mWriterActive;
// Number of threads inside a read lock. Note that this does not include
// recursive read locks.
int mReaderActiveThreads;
// Whether or not the current writer obtained the lock by a recursive 
// upgrade. Note that this member might be set outside the critical
// section, so it should only be read from by the writer during his
// unlock.
bool mRecursiveUpgrade;
// This member contains the current thread id once for each
// (recursive) read lock held by the current thread in addition to an 
// undefined number of other thread ids which may or may not hold a 
// read lock, even inside the critical section (!).
std::multiset<unsigned long> mReaderActive;
// If there is no writer this member contains 0.
// If the current thread is the writer this member contains his
// thread-id.
// Otherwise it can contain either of them, even inside the 
// critical section (!).
// Also note that it might be set outside the critical section.
unsigned long mWriterThreadId;

现在，基本思路是这样的:

用于解锁的mWriterWaiting 和mWriterActive 的完整更新由解锁线程执行。

对于 mWriterThreadId 和 mReaderActive 这是不可能的，因为等待线程在释放时需要插入自己。

所以规则是，你可能永远不会访问这两个成员except来检查你是否持有读锁或者是当前的作者 - 具体来说它可能不会被用来检查是否有任何读者/作家——为此你必须使用(有点多余但出于这个原因是必要的)mReaderActiveThreads 和mWriterActive。

我目前正在运行一些测试代码(它已经持续 30 分钟左右没有死锁和崩溃)- 当我确定它是稳定的并且我已经稍微清理了代码时，我会把它放在一些 pastebin 上并在此处的评论中添加一个链接(以防万一其他人需要这个)。