什麼是區域鎖

確切的說，區域鎖(Scoped locking)不是一種鎖的型別，而是一種鎖的使用模式(pattern)。這個名詞是Douglas C. Schmidt於1998年在其論文Scoped Locking提出，並在ACE框架裡面使用。但作為一種設計思想，這種鎖模式應該在更早之前就被業界廣泛使用了。

區域鎖實際上是RAII模式在鎖上面的具體應用。RAII(Resource Acquisition Is Initialization)翻譯成中文叫“資源獲取即初始化”，最早是由C++的發明者 Bjarne Stroustrup為解決C++中資源分配與銷燬問題而提出的。RAII的基本含義就是：C++中的資源（例如記憶體，檔案控制代碼等等）應該由物件來管理，資源在物件的建構函式中初始化，並在物件的解構函式中被釋放。STL

問題提出

先看看下面這段程式，Cache是一個可能被多個執行緒訪問的快取類，update函式將字串value插入到快取中，如果插入失敗，則返回-1。

Cache *cache = new Cache; ThreadMutex mutex; int update(string value) { mutex.lock(); if (cache == NULL) { mutex.unlock(); return -1; } If (cache.insert(value) == -1) { mutex.unlock(); return -1; } mutex.unlock(); return 0; }

從這個程式中可以看出，為了保證程式不會死鎖，每次函式需要return時，都要需要呼叫unlock函式來釋放鎖。不僅如此，假設cache.insert(value)函式內部突然丟擲了異常，程式會自動退出，鎖仍然能不會釋放。實際上，不僅僅是return，程式中的goto, continue, break語句，以及未處理的異常，都需要程式設計師檢查鎖是否需要顯示釋放，這樣的程式是極易出錯的。

同樣的道理，不僅僅是鎖，C++中的資源釋放都面臨同樣的問題。例如前一陣我在閱讀wget原始碼的時候，就發現雖然一共只有2萬行C程式碼，但是至少有5處以上的return語句忘記釋放記憶體，因此造成了記憶體洩露。

區域鎖的實現

但是自從C++有了有可愛的RAII設計思想，資源釋放問題就簡單了很多。區域鎖就是把鎖封裝到一個物件裡面。鎖的初始化放到建構函式，鎖的釋放放到解構函式。這樣當鎖離開作用域時，解構函式會自動釋放鎖。即使執行時丟擲異常，由於解構函式仍然會自動執行，所以鎖仍然能自動釋放。一個典型的區域鎖

class Thread_Mutex_Guard { public: Thread_Mutex_Guard (Thread_Mutex &lock) : lock_ (&lock) { // 如果加鎖失敗，則返回-1 owner_= lock_->lock(); } ~Thread_Mutex_Guard (void) { // 如果鎖獲取失敗，就不釋放 if (owner_ != -1) lock_->unlock (); } private: Thread_Mutex *lock_; int owner_; };

將策略鎖應用到前面的update函式如下

 Cache *cache = new Cache; ThreadMutex mutex; int update(string value) { Thread_Mutex_Guard (mutex) if (cache == NULL) { return -1; } If (cache.insert(value) == -1) { return -1; } return 0; }

基本的區域鎖就這麼簡單。如果覺得這樣鎖的力度太大，可以用中括號來限定鎖的作用區域，這樣就能控制鎖的力度。如下

 { Thread_Mutex_Guard guard (&lock); ............... // 離開作用域，鎖自動釋放 }

區域鎖的改進方案

上面設計的區域鎖一個缺點是靈活行，除非離開作用域，否則不能夠顯式釋放鎖。如果為一個區域鎖增加顯式釋放介面，一個最突出的問題是有可能會造成鎖的二次釋放，從而引發程式錯誤。

例如

{ Thread_Mutex_Guard guard (&lock); If (…) { //顯式釋放（第一次釋放） guard.release(); // 自動釋放(第二次釋放) return -1; } }

為了避免二次釋放鎖引發的錯誤，區域鎖需要保證只能夠鎖釋放一次。一個改進的區域鎖如下：

 class Thread_Mutex_Guard { public: Thread_Mutex_Guard (Thread_Mutex &lock) : lock_ (&lock) { acquire(); } int acquire() { // 加鎖失敗，返回-1 owner_= lock_->lock(); return owner; } ~Thread_Mutex_Guard (void) { release(); } int release() { // 第一次釋放 if (owner_ != -1) { owner = -1; return lock_->unlock (); } // 第二次釋放 return 0; } private: Thread_Mutex *lock_; int owner_; };

可以看出，這種方案在加鎖失敗或者鎖的多次釋放情況下，不會引起程式的錯誤。

缺點：

區域鎖固然好使，但也有不可避免的一些缺點

(1) 對於非遞迴鎖，有可能因為重複加鎖而造成死鎖。

(2) 執行緒的強制終止或者退出，會造成區域鎖不會自動釋放。應該儘量避免這種情形，或者使用一些特殊的錯誤處理設計來確保鎖會釋放。

(3) 編譯器會產生警告說有變數只定義但沒有使用。有些編譯器選項甚至會讓有警告的程式無法編譯通過。在ACE中，為了避免這種情況，作者定義了一個巨集如下

#define UNUSED_ARG(arg) { if (&arg) /* null */; }

使用如下：

Thread_Mutex_Guard guard (lock_); UNUSED_ARG (guard);

這樣編譯器就不會再警告了。

擴充套件閱讀：小技巧--如何在C++中實現Java的synchronized關鍵字

下篇文章中，我們將介紹一下雙檢測鎖(DCL)。