RAII锁机制

1. 什么是RAII机制？

RAII（Resource Acquisition Is Initialization）是由c++之父Bjarne Stroustrup提出的，中文翻译为资源获取即初始化，他说：使用局部对象来管理资源的技术称为资源获取即初始化；这里的资源主要是指操作系统中有限的东西如内存、网络套接字等等，局部对象是指存储在栈的对象，它的生命周期是由操作系统来管理的，无需人工介入；是C++语言的一种管理资源、避免泄漏的机制。
C++标准保证任何情况下，已构造的对象最终会销毁，即它的析构函数最终会被调用。
RAII 机制就是利用了C++的上述特性,在需要获取使用资源RES的时候，构造一个临时对象(T)，在其构造T时获取资源，在T生命期控制对RES的访问使之始终保持有效，最后在T析构的时候释放资源。以达到安全管理资源对象，避免资源泄漏的目的。

2. RAII的原理

资源的使用一般经历三个步骤a.获取资源 b.使用资源 c.销毁资源，但是资源的销毁往往是程序员经常忘记的一个环节，所以程序界就想如何在程序员中让资源自动销毁呢？c++之父给出了解决问题的方案：RAII，它充分的利用了C++语言局部对象自动销毁的特性来控制资源的生命周期。给一个简单的例子来看下局部对象的自动销毁的特性：

#include <iostream>
using namespace std;
class person {
  public:
      person(const std::string name = "", int age = 0) : 
      name_(name), age_(age) {
            std::cout << "Init a person!" << std::endl;
      }
      ~person() {
            std::cout << "Destory a person!" << std::endl;
      }
      const std::string& getname() const {
            return this->name_;
      }    
      int getage() const {
            return this->age_;
      }      
  private:
      const std::string name_;
      int age_;  
};
int main() {
    person p;
    return 0;
}
编译并运行：
g++ person.cpp -o person
./person 
运行结果：
Init a person!
Destory a person!

从person class可以看出，当我们在main函数中声明一个局部对象的时候，会自动调用构造函数进行对象的初始化，当整个main函数执行完成后，自动调用析构函数来销毁对象，整个过程无需人工介入，由操作系统自动完成；于是，很自然联想到，当我们在使用资源的时候，在构造函数中进行初始化，在析构函数中进行销毁。整个RAII过程可以总结为四个步骤：
a.设计一个类封装资源

b.在构造函数中初始化

c.在析构函数中执行销毁操作

d.使用时声明一个该对象的类

3. RAII的应用

linux下经常会使用多线程技术，说到多线程，就得提到互斥锁，互斥锁主要用于互斥，互斥是一种竞争关系，用来保护临界资源一次只被一个线程访问，按照我们前面的分析，我们封装一下POSIX标准的互斥锁：

#include <pthread.h>
#include <cstdlib>
#include <stdio.h>

class Mutex {
 public:
  Mutex();
  ~Mutex();

  void Lock();
  void Unlock(); 

 private:
  pthread_mutex_t mu_;

  // No copying
  Mutex(const Mutex&);
  void operator=(const Mutex&);
};


#include "mutex.h"

static void PthreadCall(const char* label, int result) {
  if (result != 0) {
    fprintf(stderr, "pthread %s: %s\n", label, strerror(result));
  }
}

Mutex::Mutex() { PthreadCall("init mutex", pthread_mutex_init(&mu_, NULL)); }

Mutex::~Mutex() { PthreadCall("destroy mutex", pthread_mutex_destroy(&mu_)); }

void Mutex::Lock() { PthreadCall("lock", pthread_mutex_lock(&mu_)); }

void Mutex::Unlock() { PthreadCall("unlock", pthread_mutex_unlock(&mu_)); }

写到这里其实就可以使用Mutex来锁定临界区，但我们发现Mutex只是用来对锁的初始化和销毁，我们还得在代码中调用Lock和Unlock函数，这又是一个对立操作，所以我们可以继续使用RAII进行封装，代码如下：

#include "mutex.h"

class  MutexLock {
 public:
  explicit MutexLock(Mutex *mu)
      : mu_(mu)  {
    this->mu_->Lock();
  }
  ~MutexLock() { this->mu_->Unlock(); }

 private:
  Mutex *const mu_;
  // No copying allowed
  MutexLock(const MutexLock&);
  void operator=(const MutexLock&);
};

到这里我们就真正封装了互斥锁，下面我们来通过一个简单的例子来使用它，代码如下：

#include "mutexlock.hpp"
#include <unistd.h>
#include <iostream>

#define    NUM_THREADS     10000

int num=0;
Mutex mutex;

void *count(void *args) {
    MutexLock lock(&mutex);
    num++;
}

int main() {
    int t;
    pthread_t thread[NUM_THREADS];

    for( t = 0; t < NUM_THREADS; t++) {   
        int ret = pthread_create(&thread[t], NULL, count, NULL);
        if(ret) {   
            return -1;
        }   
    }

    for( t = 0; t < NUM_THREADS; t++)
        pthread_join(thread[t], NULL);
    std::cout << num << std::endl;
    return 0;
}

编译并运行：g++ test_mutexlock.cpp mutexlock.hpp mutex.cpp mutex.h -o test_mutexlock -lpthread
./test_mutexlock 
运行结果：10000  符合预期（可以去掉MutexLock lock(&mutex);试试看看结果如何？）

参考链接：
[c++经验之谈一：RAII原理介绍]https://zhuanlan.zhihu.com/p/34660259

[C++中的RAII机制的应用]https://blog.csdn.net/Poisx/article/details/85161071