读写锁优化

发表于 更新于 Changyan：

功能与实现原理

允许多个线程同时加读锁，但只允许一个线程加写锁，可以写嵌套，即一个线程里面加写锁了，可以继续在这个线程加写锁，不会阻塞。
当有线程在读取时，写入线程阻塞，当写入线程执行时，所有的读取线程都被阻塞。
允许嵌套加锁

  1. 当前线程写入加锁时可以嵌套加读锁或写锁
  2. 当前线程读取加锁时可以嵌套加读锁，但不能嵌套加写锁，否则当前线程会陷入死锁，原理为：已经作为只读区了，就不应该存在写了

加读锁的时候：

  • 判断当前线程是不是使用写锁的线程，如果是的话，可以加读锁。
  • 如果当前线程不是使用写锁的线程，需要等待写锁线程使用完、以及正在等待写的先使用完写锁，因为写的优先级高。

加写锁的时候：

  • 判断当前线程是不是使用写锁的线程，如果是的话，可以加写锁，因为允许嵌套写。
  • 如果当前线程不是使用写锁的线程，需要等待读锁线程以及写锁线程都使用完，但可以不管正在等待读写的线程，因为自己先从条件变量抢到了锁。

释放读锁的时候：

  • 如果有写锁正在等待，通知它

释放写锁的时候：

  • 注意嵌套写锁全都释放了以后，才是真正的释放。
  • 释放后，如果有写锁正在等待，先通知写锁，因为写锁的优先级高。
  • 如果有读锁正在等待，再通知读锁。

实现

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void RWLock::ReadLock()
{
    std::unique_lock<std::mutex> lck(m_mtx);
    // ==时为独占写状态，不需要加锁
    if (std::this_thread::get_id() != this->m_writethreadid)
    {
        if (m_nwrite || m_nwriteWaiters)
        {
            ++m_nreadWaiters;
            while (m_nwrite || m_nwriteWaiters)
                m_rcond.wait(lck); // calls lck.unlock() inherently, lck.lock() is called after notified.
            --m_nreadWaiters;
        }
    }
    ++m_nread;
}

void RWLock::ReadUnlock()
{
    std::unique_lock<std::mutex> lck(m_mtx);
    --m_nread;
    if (m_nwriteWaiters)
        m_wcond.notify_one();
}

void RWLock::WriteLock()
{
    std::unique_lock<std::mutex> lck(m_mtx);
    // ==时为独占写状态，避免重复加锁等待
    if (std::this_thread::get_id() != this->m_writethreadid)
    {
        if (m_nread || m_nwrite)
        {
            ++m_nwriteWaiters;
            while (m_nread || m_nwrite)
                m_wcond.wait(lck);
            --m_nwriteWaiters;
        }
        m_writethreadid = std::this_thread::get_id();
    }
    ++m_nwrite; // 嵌套写时会大于1
}

void RWLock::WriteUnlock()
{
    std::unique_lock<std::mutex> lck(m_mtx);
    if (std::this_thread::get_id() != this->m_writethreadid)
        throw std::runtime_error("WriteLock/WriteUnlock mismatch");

    --m_nwrite;
    if (0 == m_nwrite) // 变为0才真正是没有线程在写了
    {
        m_writethreadid = NULL_THEAD;
        if (m_nwriteWaiters) // write-preference
            m_wcond.notify_one();
        else if (m_nreadWaiters)
            m_rcond.notify_all();
    }
}