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/**
* @file mutex.h
* @brief 信号量,互斥锁,读写锁,范围锁模板,自旋锁,原子锁
* @version 0.1
* @date 2024-06-09
*/
#ifndef __CORO_MUTEX_H__
#define __CORO_MUTEX_H__
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <stdint.h>
#include <atomic>
#include <functional>
#include <future>
#include <list>
#include <memory>
#include <thread>
#include "noncopyable.h"
namespace coro {
/**
* @brief 信号量
*/
class Semaphore : Noncopyable {
public:
/**
* @brief 构造函数
* @param[in] count 信号量值的大小
*/
Semaphore(uint32_t count = 0);
/**
* @brief 析构函数
*/
~Semaphore();
/**
* @brief 获取信号量
*/
void wait();
/**
* @brief 释放信号量
*/
void notify();
private:
sem_t m_semaphore;
};
/**
* @brief 局部锁的模板实现
*/
template <class T>
struct ScopedLockImpl {
public:
/**
* @brief 构造函数
* @param[in] mutex Mutex
*/
ScopedLockImpl(T& mutex) : m_mutex(mutex) {
m_mutex.lock();
m_locked = true;
}
/**
* @brief 析构函数,自动释放锁
*/
~ScopedLockImpl() { unlock(); }
/**
* @brief 加锁
*/
void lock() {
if (!m_locked) {
m_mutex.lock();
m_locked = true;
}
}
/**
* @brief 解锁
*/
void unlock() {
if (m_locked) {
m_mutex.unlock();
m_locked = false;
}
}
private:
/// mutex
T& m_mutex;
/// 是否已上锁
bool m_locked;
};
/**
* @brief 局部读锁模板实现
*/
template <class T>
struct ReadScopedLockImpl {
public:
/**
* @brief 构造函数
* @param[in] mutex 读写锁
*/
ReadScopedLockImpl(T& mutex) : m_mutex(mutex) {
m_mutex.rdlock();
m_locked = true;
}
/**
* @brief 析构函数,自动释放锁
*/
~ReadScopedLockImpl() { unlock(); }
/**
* @brief 上读锁
*/
void lock() {
if (!m_locked) {
m_mutex.rdlock();
m_locked = true;
}
}
/**
* @brief 释放锁
*/
void unlock() {
if (m_locked) {
m_mutex.unlock();
m_locked = false;
}
}
private:
/// mutex
T& m_mutex;
/// 是否已上锁
bool m_locked;
};
/**
* @brief 局部写锁模板实现
*/
template <class T>
struct WriteScopedLockImpl {
public:
/**
* @brief 构造函数
* @param[in] mutex 读写锁
*/
WriteScopedLockImpl(T& mutex) : m_mutex(mutex) {
m_mutex.wrlock();
m_locked = true;
}
/**
* @brief 析构函数
*/
~WriteScopedLockImpl() { unlock(); }
/**
* @brief 上写锁
*/
void lock() {
if (!m_locked) {
m_mutex.wrlock();
m_locked = true;
}
}
/**
* @brief 解锁
*/
void unlock() {
if (m_locked) {
m_mutex.unlock();
m_locked = false;
}
}
private:
/// Mutex
T& m_mutex;
/// 是否已上锁
bool m_locked;
};
/**
* @brief 互斥量
*/
class Mutex : Noncopyable {
public:
/// 局部锁
typedef ScopedLockImpl<Mutex> Lock;
/**
* @brief 构造函数
*/
Mutex() { pthread_mutex_init(&m_mutex, nullptr); }
/**
* @brief 析构函数
*/
~Mutex() { pthread_mutex_destroy(&m_mutex); }
/**
* @brief 加锁
*/
void lock() { pthread_mutex_lock(&m_mutex); }
/**
* @brief 解锁
*/
void unlock() { pthread_mutex_unlock(&m_mutex); }
private:
/// mutex
pthread_mutex_t m_mutex;
};
/**
* @brief 空锁(用于调试)
*/
class NullMutex : Noncopyable {
public:
/// 局部锁
typedef ScopedLockImpl<NullMutex> Lock;
/**
* @brief 构造函数
*/
NullMutex() {}
/**
* @brief 析构函数
*/
~NullMutex() {}
/**
* @brief 加锁
*/
void lock() {}
/**
* @brief 解锁
*/
void unlock() {}
};
/**
* @brief 读写互斥量
*/
class RWMutex : Noncopyable {
public:
/// 局部读锁
typedef ReadScopedLockImpl<RWMutex> ReadLock;
/// 局部写锁
typedef WriteScopedLockImpl<RWMutex> WriteLock;
/**
* @brief 构造函数
*/
RWMutex() { pthread_rwlock_init(&m_lock, nullptr); }
/**
* @brief 析构函数
*/
~RWMutex() { pthread_rwlock_destroy(&m_lock); }
/**
* @brief 上读锁
*/
void rdlock() { pthread_rwlock_rdlock(&m_lock); }
/**
* @brief 上写锁
*/
void wrlock() { pthread_rwlock_wrlock(&m_lock); }
/**
* @brief 解锁
*/
void unlock() { pthread_rwlock_unlock(&m_lock); }
private:
/// 读写锁
pthread_rwlock_t m_lock;
};
/**
* @brief 空读写锁(用于调试)
*/
class NullRWMutex : Noncopyable {
public:
/// 局部读锁
typedef ReadScopedLockImpl<NullMutex> ReadLock;
/// 局部写锁
typedef WriteScopedLockImpl<NullMutex> WriteLock;
/**
* @brief 构造函数
*/
NullRWMutex() {}
/**
* @brief 析构函数
*/
~NullRWMutex() {}
/**
* @brief 上读锁
*/
void rdlock() {}
/**
* @brief 上写锁
*/
void wrlock() {}
/**
* @brief 解锁
*/
void unlock() {}
};
/**
* @brief 自旋锁
*/
class Spinlock : Noncopyable {
public:
/// 局部锁
typedef ScopedLockImpl<Spinlock> Lock;
/**
* @brief 构造函数
*/
Spinlock() { pthread_spin_init(&m_mutex, 0); }
/**
* @brief 析构函数
*/
~Spinlock() { pthread_spin_destroy(&m_mutex); }
/**
* @brief 上锁
*/
void lock() { pthread_spin_lock(&m_mutex); }
/**
* @brief 解锁
*/
void unlock() { pthread_spin_unlock(&m_mutex); }
private:
/// 自旋锁
pthread_spinlock_t m_mutex;
};
/**
* @brief 原子锁
*/
class CASLock : Noncopyable {
public:
/// 局部锁
typedef ScopedLockImpl<CASLock> Lock;
/**
* @brief 构造函数
*/
CASLock() { m_mutex.clear(); }
/**
* @brief 析构函数
*/
~CASLock() {}
/**
* @brief 上锁
*/
void lock() {
while (std::atomic_flag_test_and_set_explicit(
&m_mutex, std::memory_order_acquire))
;
}
/**
* @brief 解锁
*/
void unlock() {
std::atomic_flag_clear_explicit(&m_mutex, std::memory_order_release);
}
private:
/// 原子状态
volatile std::atomic_flag m_mutex;
};
} // namespace coro
#endif