如何在对象的生命周期内持有 Boost upgradable_lock？

Question

我正在实现一对用于进程间通信的类，其中一个进程将是唯一的写入者，并且会有很多读取者。一类处理阅读；一个处理写作。为了防止任何其他进程成为编写器，我想要编写器类的单个对象，该对象在其整个生命周期内保持对 boost::named_upgradable_mutex 的可升级锁定。为此，编写器类有一个boost::interprocess::upgradable_lock 类型的成员变量，在构造对象时将其传递给互斥锁。当写入器进程写入时，它会调用写入器类的 Write() 方法，该方法应该将该锁升级为独占，执行写入，并自动将独占锁降级为仅可再次升级。

按照Lock Transfers Through Move Semantics 上的 Boost 文档，我已经设法在我的 writer 类的 Write() 方法中实现了第一部分 - 将锁升级为独占。但是，第二部分 - 将锁降级为可升级 - 导致类型为 boost::interprocess::upgradable_lock 的新局部变量将超出范围并在 Write() 返回时释放互斥锁。我需要将该可升级锁放回我的班级的 upgradable_lock 成员变量中，以便升级功能将仅保留在我的 writer 对象中。最好的方法是什么？我唯一能想到的就是在返回之前将局部变量与我的成员变量交换。代码如下所示：

using boost::interprocess;
scoped_lock<named_upgradable_mutex> my_exclusive_lock(move(m_lock));

//  do write here

upgradable_lock<named_upgradable_mutex> my_demoted_lock(move(my_exclusive_lock));
m_lock.swap(my_demoted_lock);  //  how else to do this?

这行得通，但最后一行确实违反直觉，我花了一段时间才想到。有没有更好的办法？是否可以将降级锁直接放入我的成员变量中？另外，重用成员变量来存储降级的锁，会不会产生意想不到的后果？

Answer 1

考虑使用move assignment operator。以下代码使用swap()：

upgradable_lock<named_upgradable_mutex> my_demoted_lock(move(my_exclusive_lock));
m_lock.swap(my_demoted_lock);

会变成：

m_lock = upgradable_lock<named_upgradable_mutex>(move(my_exclusive_lock));

在这种特殊情况下，swap() 和移动赋值运算符可以互换，没有任何副作用，因为 m_lock 处于默认构造状态（m_lock.owns() == false 和 m_lock.mutex() == 0）。

---

我想不出重用可升级锁的成员变量的任何意外后果。但是，有几个主题需要考虑：

• 一个目标是“防止任何其他进程成为作家”。在Writer 构造函数中获取锁后，代码会阻止其他进程创建Writer，同时阻止其他进程写入。结果，阻塞调用可能对应用程序代码强加或不方便。考虑以下代码：

  Reader reader;
  Writer writer; // This may block, but the application code cannot react
                 // to it without dedicating an entire thread to the
                 // construction of the writer.
  

  一种折衷的替代方法可能是尝试通过this constructor 获取锁，然后将成员函数添加到Writer 以提供应用程序更多的控制权。虽然这仍然允许其他进程创建Writer，但它会阻止多个进程拥有写入权限：

  class Writer
  {
  public:
    bool IsPrivileged();         // Returns true if this the privileged Writer.
    bool TryBecomePrivileged();  // Non-blocking attempt to become the
                                 // privileged Writer.  Returns true on success.
    bool BecomePrivileged();     // Blocks waiting to become the privileged
                                 // Writer.  Returns true on success.
    void RelinquishPrivileges(); // We're not worthy...we're not worthy...
  
    enum Status { SUCCESS, NOT_PRIVILEGED };
    Status Write( const std::string& ); // If this is not the privileged Writer,
                                        // then attempt to become it.  If the
                                        // attempt fails, then return
                                        // NOT_PRIVILEGED.
  };
  

• 在Writer::Write() 方法中，如果“do write here”代码中的任何调用抛出异常，则堆栈将展开，导致：

  • my_exclusive_lock释放独占锁，让其他进程获得可升级锁。
  • m_lock 没有互斥体句柄，因为当所有权转移到 move 中的 my_exclusive_lock 时，m_lock.mutex() 设置为 null。
  • 进一步调用Writer::Write() 将尝试写入而不获取排他锁！即使m_lock 有一个互斥体句柄，m_lock.owns() 也将是false，因此转移到my_exclusive_lock 不会尝试锁定。

---

这是一个示例程序：

#include <boost/interprocess/sync/named_upgradable_mutex.hpp>
#include <boost/interprocess/sync/sharable_lock.hpp>
#include <boost/interprocess/sync/upgradable_lock.hpp>
#include <boost/move/move.hpp>
#include <iostream>

int main()
{
  namespace bip = boost::interprocess;
  typedef bip::named_upgradable_mutex mutex_t;

  struct mutex_remove
  {
    mutex_remove()  { mutex_t::remove( "example" ); }
    ~mutex_remove() { mutex_t::remove( "example" ); }
  } remover;

  // Open or create named mutex.
  mutex_t mutex( bip::open_or_create, "example" );

  // Acquire upgradable lock.
  bip::upgradable_lock< mutex_t > m_lock( mutex, bip::try_to_lock );
  std::cout << "upgradable lock own:  " << m_lock.owns()
            << " -- mutex: "            << m_lock.mutex() 
            << std::endl;

  // Acquire the exclusive lock.
  {
    std::cout << "++ Entering scope ++" << std::endl;
    std::cout << "Transferring ownership via move: Upgradable->Scoped"
              << std::endl;
    bip::scoped_lock< mutex_t > exclusive_lock( boost::move( m_lock ) );
    std::cout <<   "upgradable lock owns: " << m_lock.owns()
              << " -- mutex: "              << m_lock.mutex()
              << "\nexclusive lock owns:  " << exclusive_lock.owns() 
              << " -- mutex: "              << exclusive_lock.mutex()
              << std::endl;

    // do write here...

    // Demote lock from exclusive to just an upgradable.
    std::cout << "Transferring ownership via move: Scoped->Upgradable"
              << std::endl;
    m_lock = bip::upgradable_lock< mutex_t >( boost::move( exclusive_lock ) );
    std::cout <<   "upgradable lock owns: " << m_lock.owns()
              << " -- mutex: "              << m_lock.mutex()
              << "\nexclusive lock owns:  " << exclusive_lock.owns() 
              << " -- mutex: "              << exclusive_lock.mutex()
              << std::endl;
    std::cout << "-- Exiting scope --" << std::endl;
  }
  std::cout << "upgradable lock own:  " << m_lock.owns()
            << " -- mutex: "            << m_lock.mutex() 
            << std::endl;

  return 0;
}

产生以下输出：

可升级锁拥有：1 -- 互斥锁：0xbff9b21c
++ 进入范围 ++
通过 move 转移所有权：Upgradable->Scoped
可升级锁拥有：0 -- 互斥锁：0
独占锁拥有：1 -- 互斥锁：0xbff9b21c
通过移动转移所有权：Scoped->Upgradable
可升级锁拥有：1 -- 互斥锁：0xbff9b21c
独占锁拥有：0 -- 互斥锁：0
-- 退出范围 --
可升级锁拥有：1 -- 互斥锁：0xbff9b21c