关于linux:Linux系统编程-互斥量mutex

互斥量 mutex

前文提到，零碎中如果存在资源共享，线程间存在竞争，并且没有正当的同步机制的话，会呈现数据凌乱的景象。为了实现同步机制，Linux 中提供了多种形式，其中一种形式为互斥锁 mutex（也称之为互斥量）。

互斥量的具体实现形式为：每个线程在对共享资源操作前都尝试先加锁，胜利加锁后才能够对共享资源进行读写操作，操作完结后解锁。

互斥量不是为了打消竞争，实际上，资源还是共享的，线程间也还是竞争的，只不过通过这种“锁”机制就将共享资源的拜访变成互斥操作，也就是说一个线程操作这个资源时，其它线程无奈操作它，从而打消与工夫无关的谬误。

从互斥量的实现机制咱们能够看出，同一时刻，只能有一个线程持有该锁。如果有同时有多个线程持有该锁，那就没有实际意义了。

然而，这种锁机制不是强制的，互斥锁本质上是操作系统提供的一把“倡议锁”（又称“协同锁”），倡议程序中有多线程访问共享资源的时候应用该机制。

因而，即便有了 mutex，其它线程如果不依照这种锁机制来访问共享数据的话，仍然会造成数据凌乱。所以为了防止这种状况，所有拜访该共享资源的线程必须采纳雷同的锁机制。

次要利用函数：

​ pthread_mutex_init 函数
​ pthread_mutex_destroy 函数
​ pthread_mutex_lock 函数
​ pthread_mutex_trylock 函数
​ pthread_mutex_unlock 函数

以上 5 个函数的返回值都是：胜利返回 0，失败返回谬误号。

在 Linux 环境下，类型 pthread_mutex_t 其本质是一个构造体。然而为了简化了解，利用时可疏忽其实现细节，简略当成整数对待。mutex 个别以上面形式定义：

pthread_mutex_t mutex;

变量 mutex 只有两种取值 1、0。

pthread_mutex_init 函数

函数原型：

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t restrict mutex, const pthread_mutexattr_t restrict attr);

函数作用：

初始化一个互斥锁（互斥量）mutex，初值可视为 1；

参数介绍：

mutex：传出参数，调用时应传 &mutex 给该函数；

这里有个关键字比拟非凡：restrict。它的作用只用于限度指针，通知编译器，所有批改该指针指向内存中内容的操作，只能通过本指针实现。不能通过除本指针以外的其余变量或指针批改。比如说，再定义个 pthread_mutex_t 的指针，将其赋值为 mutex 的值，想要用它来批改 mutex 所指向的内存，这是不容许的。

attr：互斥量属性。是一个传入参数，通常传 NULL，示意应用默认属性（即：线程间共享）。

对于互斥量 mutex 的初始化有两种形式：

1. 动态初始化：

如果互斥锁 mutex 是动态调配的，即：定义为全局变量，或加了 static 关键字润饰，能够间接应用宏进行初始化。e.g. pthead_mutex_t muetx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

2. 动静初始化：

如果互斥锁 mutex 定义为局部变量，则应采纳动静初始化。e.g. pthread_mutex_init(&mutex, NULL)

pthread_mutex_destroy 函数

函数原型：

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

函数作用：

销毁一个互斥锁

pthread_mutex_lock 函数

函数原型：

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

函数作用：

对共享资源进行加锁。可了解为将 mutex–（或 -1）；如果加锁不胜利，则该线程将阻塞，直到持有该互斥量的其余线程解锁为止。留神：在访问共享资源前加锁，拜访完结后立刻解锁。锁的“粒度”应越小越好。

pthread_mutex_unlock 函数

函数原型：

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

函数作用：

对共享资源解锁。可了解为将 mutex ++（或 +1）；在解锁的同时，会将阻塞在该锁上的所有线程全副唤醒，至于哪个线程先被唤醒，取决于优先级、调度。默认状况下：先阻塞的线程会先被唤醒。

pthread_mutex_trylock 函数

函数原型：

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);

函数作用：

对共享资源尝试加锁。它与 pthread_mutex_lock 函数的区别是，应用 lock 函数对共享资源进行加锁时，如果加锁不胜利，则线程就阻塞；而如果应用 trylock，则加锁不胜利时不会阻塞以后线程，而是立刻返回一个值来形容互斥锁的情况。

死锁：

1. 线程试图对同一个互斥量 A 加锁两次。
2. 线程 1 领有 A 锁，申请取得 B 锁；线程 2 领有 B 锁，申请取得 A 锁

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>

pthread_mutex_t mutex;

void *tfn(void *arg)
{srand(time(NULL));

    while(1) {pthread_mutex_lock(&mutex);
        printf("hello");           // 规范输入为共享资源
        sleep(rand() % 3);          // 在此时会失去 CPU
        printf("world!\n");
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sleep(rand() % 3);
    }
    return NULL;
}

int main()
{
    pthread_t tid;
    int n = 5;

    srand(time(NULL));

    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
    pthread_create(&tid, NULL, tfn, NULL);

    while(n--) {pthread_mutex_lock(&mutex);
        printf("HELLO");
        sleep(rand() % 3);
        printf("WORLD!\n");
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sleep(rand() % 3);
    }

    pthread_cancel(tid);
    pthread_join(tid, NULL);

    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    return 0;
}

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