Linux中提供一把互斥锁mutex(也称之为互斥量)。
每个线程在对资源操作前都尝试先加锁,成功加锁才能操作,操作结束解锁。
但通过“锁”就将资源的访问变成互斥操作,而后与时间有关的错误也不会再产生了。
但,应注意:同一时刻,只能有一个线程持有该锁。
当A线程对某个全局变量加锁访问,B在访问前尝试加锁,拿不到锁,B阻塞。C线程不去加锁,而直接访问该全局变量,依然能够访问,但会出现数据混乱。
所以,互斥锁实质上是操作系统提供的一把“建议锁”(又称“协同锁”),建议程序中有多线程访问共享资源的时候使用该机制。但,并没有强制限定。
因此,即使有了mutex,如果有线程不按规则来访问数据,依然会造成数据混乱。
1、主要应用函数:
pthread_mutex_init()函数 功能:初始化一个互斥锁
pthread_mutex_destroy()函数 功能:销毁一个互斥锁
pthread_mutex_lock()函数 功能:加锁
pthread_mutex_trylock()函数 功能:尝试加锁
pthread_mutex_unlock()函数 功能:解锁
以上5个函数的返回值都是:成功返回0, 失败返回错误号。
pthread_mutex_t 类型,其本质是一个结构体。为简化理解,应用时可忽略其实现细节,简单当成整数看待。如:
pthread_mutex_t mutex; 变量mutex只有两种取值1、0。
2、函数分析
<1>、初始化一个互斥锁(互斥量) —> 初值可看作1
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);
参1:传出参数,调用时应传 &mutex
参2:互斥量属性。是一个传入参数,通常传NULL,选用默认属性(线程间共享)。
注意:互斥锁初始化有两种方式:
【1】、静态初始化:如果互斥锁 mutex 是静态分配的(定义在全局,或加了static关键字修饰),可以直接使用宏进行初始化。e.g. pthead_mutex_t muetx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
【2】、动态初始化:局部变量应采用动态初始化。e.g. pthread_mutex_init(&mutex, NULL)
<2>、加锁。可理解为将mutex–(或-1)
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
<3>、尝试加锁
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
<4>、解锁。可理解为将mutex ++(或+1)
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
<5>、销毁一个互斥锁
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
3、加锁与解锁
lock与unlock:
lock尝试加锁,如果加锁不成功,线程阻塞,阻塞到持有该互斥量的其他线程解锁为止。
unlock主动解锁函数,同时将阻塞在该锁上的所有线程全部唤醒,至于哪个线程先被唤醒,取决于优先级、调度。默认:先阻塞、先唤醒。
例如:T1 T2 T3 T4 使用一把mutex锁。T1加锁成功,其他线程均阻塞,直至T1解锁。T1解锁后,T2 T3 T4均被唤醒,并自动再次尝试加锁。
可假想mutex锁 init成功初值为1。 lock 功能是将mutex–。 unlock将mutex++
lock与trylock:
lock加锁失败会阻塞,等待锁释放。
trylock加锁失败直接返回错误号(如:EBUSY),不阻塞。
4、加锁步骤测试:
看如下程序:该程序是非常典型的,由于共享、竞争而没有加任何同步机制,导致产生于时间有关的错误,造成数据混乱:
程序1:主线程和子线程打印出来的hello world 被分开输出了
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
void *tfn(void *arg)
{
while (1) {
printf("hello ");
sleep(1); /*模拟长时间操作共享资源,导致cpu易主,产生与时间有关的错误*/
printf("world\n");
sleep(1);//睡眠,释放cpu
}
return NULL;
}
int main(void)
{
pthread_t tid;
pthread_create(&tid, NULL, tfn, NULL);
while (1)
{
printf("HELLO ");
sleep(1);
printf("WORLD\n");
sleep(1);
}
return 0;
}
/*线程之间共享资源stdout*/
程序2:利用互斥锁解决程序1的bug
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
pthread_mutex_t mutex; //定义锁
void *tfn(void *arg)
{
while (1) {
pthread_mutex_lock(&mutex); //加锁
printf("hello ");
sleep(1); /*模拟长时间操作共享资源,导致cpu易主,产生与时间有关的错误*/
printf("world\n");
pthread_mutex_unlock(&mutex); //解锁
sleep(1);//睡眠,释放cpu
}
return NULL;
}
int main(void)
{
pthread_t tid;
pthread_mutex_init(&mutex, NULL); //初始化锁 mutex==1
pthread_create(&tid, NULL, tfn, NULL);
while (1)
{
pthread_mutex_lock(&mutex); //加锁
printf("HELLO ");
sleep(1);
printf("WORLD\n");
pthread_mutex_unlock(&mutex); //解锁
sleep(1);
}
pthread_mutex_destroy(&mutex); //销毁锁
return 0;
}
/*线程之间共享资源stdout*/
结论:
在访问共享资源前加锁,访问结束后立即解锁。锁的“粒度”应越小越好。
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