mutex和rwmutex類型基本概念

pthread_mutex_t：互斥鎖，同一瞬間只能有一個線程能夠獲取鎖，其他線程在等待獲取鎖的時候會進入休眠狀態(tài)。因此pthread_mutex_t消耗的CPU資源很小，但是性能不高，因為會引起線程切換。

pthread_spinlock_t：自旋鎖，同一瞬間也只能有一個線程能夠獲取鎖，不同的是，其他線程在等待獲取鎖的過程中并不進入睡眠狀態(tài)，而是在 CPU上進入“自旋”等待。自旋鎖的性能很高，但是只適合對很小的代碼段加鎖（或短期持有的鎖），自旋鎖對CPU的占用相對較高。

pthread_rwlock_t：讀寫鎖，同時可以有多個線程獲得讀鎖，同時只允許有一個線程獲得寫鎖。其他線程在等待鎖的時候同樣會進入睡眠。讀寫鎖在互斥鎖的基礎(chǔ)上，允許多個線程“讀”，通常在讀多寫少的場景下能提高性能。

std::mutex：互斥鎖，同一瞬間只能有一個線程能夠獲取鎖，等待獲取鎖的線程將會被阻塞并處于等待(waiting)狀態(tài)。

std::shared_mutex：共享讀寫鎖，支持多個讀線程同時訪問，但只允許一個寫線程訪問。std::shared_mutex實現(xiàn)讀寫分離,讀鎖需要跟蹤讀者數(shù)量,鎖定/解鎖開銷更大。寫操作仍然是獨占的,寫鎖性能與std::mutex相當(dāng)。

nsync_mutex_t：google開源并發(fā)庫nsync的互斥鎖。

nsync_rwlock_t：google開源并發(fā)庫nsync的讀寫鎖，即write mode下使用lock，read mode下使用rlock。

附nsync庫地址：GitHub - google/nsync: nsync is a C library that exports various synchronization primitives, such as mutexesnsync is a C library that exports various synchronization primitives, such as mutexes - GitHub - google/nsync: nsync is a C library that exports various synchronization primitives, such as mutexeshttps://github.com/google/nsync

?測試機器情況

測試結(jié)果

本次測試使用std::unorder_map。

exp.1

os: linux

threads: 3讀1寫

hashmap length: 36675

read times: 10000 / thread

write times: 10000 / thread

epoch: 4

exp.2

os: linux

threads: 3讀1寫

hashmap length: 36675

read times: 10000 / thread

write times: 1000 / thread

epoch: 4

exp.3

os: linux

threads: 4讀2寫

hashmap length: 36675

read times: 10000 / thread

write times: 1000 / thread

epoch: 4

exp.4

os: linux

threads: 6讀3寫

hashmap length: 36675

read times: 10000 / thread

write times: 3000 / thread

epoch: 4

exp.5

os: linux

threads: 8讀4寫

hashmap length: 36675

read times: 10000 / thread

write times: 3000 / thread

epoch: 4

實驗結(jié)論?

1.按照keys的批次加鎖的情況來看，pthread_mutex_t是性能最差的（剔除異常的cost1數(shù)據(jù)），其次由于共享資源的鎖競爭較小，pthread_rwlock_t和std::shared_mutex相差不大，表現(xiàn)最好的是nsync_mutex_t。就目前的實驗參數(shù)來看，std::mutex和nsync_mutex_t還要略優(yōu)于pthread_spinlock_t。nsync_rwlock_t、std::shared_mutex和pthread_rwlock_t在批量加鎖的性能表現(xiàn)上是十分相近的。建議在一般情況下，使用std::mutex即可，盡量不用讀寫鎖。

2.pthread_mutex_t、pthread_rwlock_t、pthread_spinlock_t、nsync_mutex_t、nsync_rwlock_t在對單key加鎖時性能普遍較低，不推薦在單key的粒度下使用。

3.當(dāng)共享資源的鎖競爭很小時，rwlock的cpu性能消耗反而比spinlock要高。所以不是所有讀多寫少的情況下，rwlock都優(yōu)于spinlock。

3.1分析：從spinlock和rwlock的功能上分析，前者只允許一個線程訪問共享資源，其余線程均是忙等待；后者則允許多個讀者同時訪問，絕對限制只有一個線程可以作為寫者。當(dāng)讀者訪問資源時，寫者必須忙等待，反之亦然。只從功能描述上分析，rwlock從功能上應(yīng)該比spinlock性能要好。而cache數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一般使用hash表維護，當(dāng)散列函數(shù)比較理想時，鎖競爭發(fā)生的概率可能很小。由此猜測rwlock造成的性能下降，可能是因為rwlock的自身上鎖解鎖的cpu消耗要比spinlock高導(dǎo)致的。在上鎖時，pthread_rwlock_wrlock和pthread_rwlock_rdlock會引入線程阻塞和切換的開銷，而pthread_spin_lock會自旋等待鎖，不會阻塞線程，減少了線程切換的開銷。

4.在pthread系列中，讀寫鎖的性能要優(yōu)于互斥鎖；但在nsync系列中，互斥鎖要優(yōu)于讀寫鎖。

5.std::mutex在linux環(huán)境下性能比pthread_mutex_t要好的原因有以下幾點：

• std::mutex采用自旋鎖+條件變量實現(xiàn)，在鎖持有時間短的情況下可以避免上下文切換。而pthread_mutex_t直接使用操作系統(tǒng)mutex，依賴系統(tǒng)調(diào)用獲取鎖，上下文切換開銷較大。

解釋：GCC標(biāo)準(zhǔn)庫實現(xiàn)的std::mutex,在Linux下默認會使用PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP類型的pthread mutex作為底層實現(xiàn)。這種底層實現(xiàn)可以讓std::mutex在不同的并發(fā)場景下自動選擇最優(yōu)的實現(xiàn)策略（鎖競爭少時采用自旋，多時采用阻塞實現(xiàn)來避免頻繁上下文切換）。而pthread_mutex_t是固定使用一種類型（阻塞），因此這是std::mutex在linux環(huán)境下比pthread_mutex_t更優(yōu)的原因。

• C++標(biāo)準(zhǔn)庫mutex實現(xiàn)經(jīng)過了大量優(yōu)化，如GCC里采用了特定于CPU的優(yōu)化指令。

• std::mutex可以實現(xiàn)鎖粒度更細的優(yōu)化控制，避免不必要的鎖競爭。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-782070.html

到了這里，關(guān)于C++ 各類mutex和讀寫鎖性能比較的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！