读写锁的实现与C++17 shared_mutex
什么是读写锁(Readers-Writer Lock)？C++17中std::shared_mutex如何实现读共享写独占？读写锁在什么场景下能提升性能？什么情况下读写锁比互斥锁表现更差？
回答
我是大山
读写锁：允许多个线程同时读(共享)，写操作时独占(排他)。C++17提供std::shared_mutex：
std::shared_mutex mtx;
// 读操作
mtx.lock_shared(); // 多个线程可同时加读锁
mtx.unlock_shared();
// 写操作
mtx.lock(); // 写锁独占
mtx.unlock();
C++14的std::shared_timed_mutex增加超时功能。
性能提升条件：
- 读操作远多于写操作(比例>10:1)
- 读操作耗时较长(如数据库查询、大文件解析)
- 多核系统——读操作可并行
表现更差的场景：
- 写操作频繁(写多读少)——写锁频繁阻塞读锁，同时调度开销大于普通mutex
- 临界区极短——读写锁的原子操作开销(维护读计数)超过mutex开销
- 少量线程——竞争不激烈时mutex更简单高效
实现原理：shared_mutex内部维护一个原子计数——正数为读锁数量(如3表示3个读线程)，特殊负值表示写锁持有。lock_shared原子递增计数，lock需要等待计数为0后设为写状态。
公平性问题：需要防止写者饿死(写锁被持续进入的读者阻塞)。常见策略：等待写者时阻塞新读者(如PTHREAD_RWLOCK_PREFER_WRITER_NONRECURSIVE_NP)。
替代方案：C++20的std::counting_semaphore可用于构建自定义读写锁；无读场景直接使用mutex。