计算机操作系统基础十三线程同步之读写锁

引言

本文为第十三篇，线程同步之读写锁，读写锁也是解决线程同步的方法之一，在前边的两篇文章中国已经介绍了互斥量和自旋锁两种方法。读写锁的原理也和前边两种锁类似，但是读写锁做了一些改进

读写锁

读写锁的改进是从以下几个点进行考量的，其中最重要的是对临界资源的考量。在复杂的开发环境中，很可能会出现对临界资源多读少写的情况。比如说一个数据库中的表，存储的主要是一些历史数据，对于这些历史数据，一般都是进行查询，很少进行修改，那么这个存储历史数据的表就属于多读少写的临界资源。对于读取的时候并不会改变临界资源的值，如果我们每一次去读或者写的时候都给它加锁，这样效率是很低的。那么这个时候就应该考虑是否有效率更高的方法？这个时候就产生了读写锁

读写锁介绍

读写锁是一种特殊的自旋锁
允许多个读者同时访问资源，以提高读性能
对于写操作是互斥的(不允许多个写操作同时访问同一资源)

关于读写锁的模型

对于读写锁，它允许多个读者同时去读取临界资源，因此下图中的读线程1、2、3可以同时读取临界资源，但是在读取的同时，它不会允许写操作去访问临界资源。因为读取的时候并不会改变临界资源，而写操作可能会改变临界资源的值，因此在读写锁中读和写是互斥的，读和读之间是不互斥的

读写锁示例

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<pthread.h>#include<vector>//临界资源int num=0;//定义读写锁pthread_rwlock_t relock=PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;void *reader(void*){    int times=10000000;    while(times--){        //在读操作之前加读锁        pthread_rwlock_rdlock(&rdlock);        if(times%1000==0){            usleep(10);        }        //释放读锁        pthread_rwlock_unlock(&rdlock);    }}void *writer(void*){    int times=10000000;    while(times--){        //加写锁        pthread_rwlock_wrlock(&rdlock);        num+=1;        pthread_rwlock_unlock(&rdlock);    }}int main(){    printf("Start in main function.");        //定义三个线程        pthread_t thread1,thread2, thread3;        //两个执行读操作，一个执行写操作        pthread_create(&thread1, NULL, &reader, NULL);        pthread_create(&thread2, NULL, &reader, NULL);        pthread_create(&thread3, NULL, &writer, NULL);        pthread_join(&thread1, NULL);        pthread_join(&thread2, NULL);        pthread_join(&thread3, NULL);        //打印临界资源的值        printf("Print in main function: num = %d\n", num);        return 0;}

因为上边提到，读写锁对于多读少写的情况下，会有很明显的性能提升的，此时就可以验证一下，运行上边使用的读写锁的程序，查看运行时间如下：

现在将读写锁换成互斥量，然后看一下执行时间

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<pthread.h>#include<vector>//临界资源int num=0;//初始化互斥量pthread_mutex_t mutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;//定义读写锁//pthread_rwlock_t relock=PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;void *reader(void*){    int times=10000000;    while(times--){        //在读操作之前加读锁        //pthread_rwlock_rdlock(&rdlock);        pthread_mutex_lock(&mutex);        if(times%1000==0){            usleep(10);        }        //释放读锁        //pthread_rwlock_unlock(&rdlock);        pthread_mutex_unlock(&mutex);    }}void *writer(void*){    int times=10000000;    while(times--){        //加写锁        //pthread_rwlock_wrlock(&rdlock);        pthread_mutex_lock(&mutex);        num+=1;        //pthread_rwlock_unlock(&rdlock);        pthread_mutex_unlock(&mutex);    }}int main(){    printf("Start in main function.");        //定义三个线程        pthread_t thread1,thread2, thread3;        //两个执行读操作，一个执行写操作        pthread_create(&thread1, NULL, &reader, NULL);        pthread_create(&thread2, NULL, &reader, NULL);        pthread_create(&thread3, NULL, &writer, NULL);        pthread_join(&thread1, NULL);        pthread_join(&thread2, NULL);        pthread_join(&thread3, NULL);        //打印临界资源的值        printf("Print in main function: num = %d\n", num);        return 0;}

执行结果：

可以看见，对于多读少写的临界资源，使用读写锁的效率是使用互斥量的大概5倍

PHP中读写锁相关API：https://www.php.net/manual/zh...

在快速变化的技术中寻找不变，才是一个技术人的核心竞争力。知行合一，理论结合实践