层次锁

实现：

#include <mutex>
using namespace std;

class hierarchical_mutex
{
	std::mutex internal_mutex;
	unsigned long const hierarchy_value;
	unsigned long previous_hierarchy_value;
	static thread_local unsigned long this_thread_hierarchy_value;
	void check_for_hierarchy_violation()
	{
		if (this_thread_hierarchy_value <= hierarchy_value)
		{
			throw std::logic_error("mutex hierarchy violated");
		}
	}
	void update_hierarchy_value()
	{
		previous_hierarchy_value = this_thread_hierarchy_value;
		this_thread_hierarchy_value = hierarchy_value;
	}
	
public:
	explicit hierarchical_mutex(unsigned long value) :
		hierarchy_value(value),
		previous_hierarchy_value(0)
	{}
	void lock()
	{
		check_for_hierarchy_violation();
		internal_mutex.lock();
		update_hierarchy_value();
	}
	void unlock()
	{
		if (this_thread_hierarchy_value != hierarchy_value)
			throw std::logic_error("mutex hierarchy violated");
		this_thread_hierarchy_value = previous_hierarchy_value;
		internal_mutex.unlock();
	}
	bool try_lock()
	{
		check_for_hierarchy_violation();
		if (!internal_mutex.try_lock())
			return false;
		update_hierarchy_value();
		return true;
	}
};
thread_local unsigned long
hierarchical_mutex::this_thread_hierarchy_value(ULONG_MAX);

这个类有四个数据成员：

internal_mutex。一个互斥锁，我们的hierarchical_mutex就是对其进行封装
this_thread_hierarchy_value。代表当前线程的层次值，因为是个static变量，所以是所有对象都共享这个变量的值。
hierarchy_value。代表当前层次锁的层次值
previous_hierarchy_value。当锁被获取时，记录获取之前的线程层次值

总的来说，多个层次锁获取的顺序只能是从高到低。每次获取层次锁，当前线程的层次值就变成该层次锁的层次值，锁内记录获取锁之前的线程层次值；当释放层次锁的时候，线程层次值恢复到获取锁之前。当发现线程层次值小于等于要获取的层次锁的值时，就会抛出异常。
由于获取锁的顺序是从高到低，所以释放锁的顺序只能是从低到高，当发现释放的锁的层次值和线程层次值不一致的时候，说明没有按照从低到高的顺序释放，因此也抛出异常。this_thread_hierarchy_value变量总是在内部互斥锁获取后，释放前修改，避免多线程未获取锁的状态下同时修改该值。
try_lock()方法和lock方法几乎一样，唯一不同的是调用了std::mutext.try_lock()尝试获取锁，如果失败返回false，如果成功获取则更新当前线程层次值。

简单调用：

hierarchical_mutex mutex1(1000);
int n;
void func1()
{
	cout << "step1 func1 "<< "this_thread_hierarchy_value: " << hierarchical_mutex::get_this_thread_hierarchy_value()<<endl;
	mutex1.lock();
	cout << "step2 func1 " << "this_thread_hierarchy_value: " << hierarchical_mutex::get_this_thread_hierarchy_value() << endl;
	n++;
	Sleep(3000);
	cout << n<<endl;
	mutex1.unlock();
	cout << "step3 func1 " << "this_thread_hierarchy_value: " << hierarchical_mutex::get_this_thread_hierarchy_value() << endl;

}

void func2()
{
	cout << "func2 "<<"this_thread_hierarchy_value: " << hierarchical_mutex::get_this_thread_hierarchy_value() << endl;
}

int main()
{
	std::thread thread1(func1);
	std::thread thread2(func2);
	thread1.join();
	thread2.join();
}

一种可能的输出如下：

step1 func1 this_thread_hierarchy_value: 4294967295
step2 func1 this_thread_hierarchy_value: 1000
func2 this_thread_hierarchy_value: 4294967295
1
step3 func1 this_thread_hierarchy_value: 4294967295

我们可以看到，由于this_thread_hierarchy_value是thread_local类型的变量，所以在不同线程它的值是不一样的。在线程1内获取锁后，线程1层次值为1000，线程2的值则不受影响，层次锁释放后，线程1层次值恢复为最大值。