为什么std::mutex的速度比CRITICAL_SECTION慢两倍

Question

std::mutex使用临界区实现，因此它比OS Mutex（在Windows上）要快得多。但是它不如Windows CRITICAL_SECTION快。

在单个线程中进行紧密循环的时间：

423.76ns ATL CMutex
 41.74ns std::mutex
 16.61ns win32 Critical Section

我的问题是std::mutex还做了什么？我看了源代码，但是不太理解。在它推迟到Crit Sec之前有额外的步骤。我的问题是：这些额外的步骤是否有用？也就是说，这些额外的步骤是做什么的？如果我使用CRITICAL_SECTION会错过什么？

另外，为什么他们称它为Mutex，而它并没有用Mutex来实现？

- Philip

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你在计时什么？创建互斥量、锁定它、解锁它等吗？与Win32互斥量的区别在于：Win32互斥量是跨进程的，而标准只要求跨线程的互斥量，这可以是一种更轻量级的构造（Windows使用临界区实现）。 - Jerry Coffin

CMutex是使用互斥锁实现的，它并不便宜。std::mutex是建立在并发运行时之上的，它是相当庞大的代码块，具有显著扩展操作系统提供的线程和调度原语的功能。层叠是沉重的，这并不是免费的。如果critsect适合您的目的，并且开销确实很重要，那么只需推迟问题并使用它即可。 - Hans Passant

我只是在计时锁定/解锁。我只是好奇std::mutex除了临界区之外还做了什么。如果它有用，那我不应该想要它吗？如果它没有用，为什么还会这样做？我认为我会使用std::mutex，但我只是想知道它额外做了什么。 - Philip

@Philip：实际上唯一的优点是：可移植性，以及它出现在其他C++线程函数的签名中。 - Ben Voigt

它似乎被整合到一个更广泛的功能集中，例如，代码路径超过了超时选项，它似乎在实现自己的调度器，有一个锁队列等等。如果只使用简单的互斥锁，是否所有这些都提供任何好处对我来说还不清楚。 - Harry Johnston

Answer 1

std::mutex提供了非递归的所有权语义。CRITICAL_SECTION提供了递归语义。因此，我认为std::mutex实现中的额外层次（至少部分地）是为了解决这种差异。

更新：通过代码调试，看起来std::mutex是通过队列和InterlockedX指令实现的，而不是经典的Win32 CRITICAL_SECTION。尽管std::mutex是非递归的，但RTL中的底层代码可以选择处理递归锁甚至定时锁。

- Adrian McCarthy

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这个听起来很合理，但在我的测试中，std::recursive_mutex并不比std::mutex快。这表明它们都在做一些减速的事情，而这与它们是否递归无关，对吗？ - Philip

由于尝试递归锁定std::mutex是未定义行为，因此我不明白为什么需要编写代码来“解决差异”。 - T.C.

也许这是用来检测未定义行为的调试代码？定时是使用发布版还是调试版完成的？ - Adrian McCarthy

这不是一个有效的理由，因为递归互斥锁满足常规互斥锁的所有语义，因此不需要额外的代码来解决差异。 - rdb