linux多线程-----同步机制(互斥量、读写锁、条件变量)

最新推荐文章于 2025-01-01 00:30:00 发布

readyao

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分类专栏： Linux技术服务器编程文章标签： linux多线程同步机制互斥量读写锁条件变量

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本文介绍了Linux多线程同步的三种主要机制：互斥量、读写锁和条件变量。互斥量通过pthread_mutex_t初始化并用于保护资源的独占访问；读写锁允许多个读者并发访问，但限制独占写入；条件变量则用于线程间的协作，需初始化后使用，并在不再需要时进行销毁。

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linux多线程同步机制主要有：互斥量，读写锁，条件变量。

互斥量：

互斥量用pthread_mutex_t数据类型表示，在使用互斥变量以前，必须对它进行初始化，可以把它设置为PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER（只是针对静态分配的互斥量），pthread_mutex_t fastmutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
也可以通过函数int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *mutexattr);进行初始化。

pthread_mutex_destroy destroys a mutex object, freeing the resources it might hold. The mutex must be unlocked on entrance.  
In  the  LinuxThreads implementation, no resources are associated with mutex objects, thus pthread_mutex_destroy actually does 
nothing except checking that the mutex is unlocked.

man手册关于pthread_mutex_destroy的介绍就是说在linux下线程的实现没有关于互斥量对象的资源，所以pthread_mutex_destroy仅仅是确认一下互斥量mutex是处于解锁的状态。

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

1.pthread_mutex_lock函数对互斥量mutex进行加锁，如果互斥量已经上锁，调用线程将一直阻塞直到互斥量被解锁。
2.pthread_mutex_unlock函数是对互斥量mutex进行解锁。
3.pthread_mutex_trylock函数尝试对互斥量mutex进行加锁，如果互斥量mutex处于未被锁住的状态，则将锁住该互斥量并返回0。如果互斥量mutex处于锁住的状态，则不能锁住该互斥量并返回EBUSY。

例子1：对互斥量加上引用计数机制，自己构造结构体。当最后一个引用被释放的时候，对象所占用空间也被释放。如下所示：

/*************************************************************************
	> File Name: mutex_11_5.c
	> Author: 
	> Mail: 
	> Created Time: 2016年03月23日 星期三 20时41分26秒
 ************************************************************************/

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

struct foo{
    int f_count;
    pthread_mutex_t f_lock;

};

//创建并初始化一个带有引用计数的互斥量
struct foo * foo_alloc(void)
{
    struct foo * fp;
    
    if((fp = malloc(sizeof(struct foo))) != NULL){
        fp->f_count = 1;
        if(pthread_mutex_init(&fp->f_lock, NULL) != 0){
            free(fp);
            return NULL;
        }
    }

    return fp;
}

//对互斥量增加一个引用计数
void foo_hold(struct foo* fp)
{
    pthread_mutex_lock(&fp->f_lock);
    fp->f_count++;
    pthread_mutex_unlock(&fp->f_lock);
}


//对互斥量减少一个引用计数
void foo_rele(struct foo* fp)
{
    pthread_mutex_lock(&fp->f_lock);

    if(--fp->f_count == 0){//最后一个引用了
        printf("last the reference\n");
        pthread_mutex_unlock(&fp->f_lock);
        pthread_mutex_destroy(&fp->f_lock);
        free(fp);
    }
    else{
        pthread_mutex_unlock(&fp->f_lock);
    }
}


int main()
{
    struct foo * fp;

    if((fp = foo_alloc()) == NULL){
        printf("foo_alloc error\n");
        return -1;
    }

    printf("After foo_alloc, the fp->f_count = %d\n", fp->f_count);

    foo_hold(fp);
    printf("After foo_hold, the fp->f_count = %d\n", fp->f_count);

    foo_hold(fp);
    printf("After foo_hold, the fp->f_count = %d\n", fp->f_count);

    foo_rele(fp);
    printf("After foo_rele, the fp->f_count = %d\n", fp->f_count);

    foo_rele(fp);
    printf("After foo_rele, the fp->f_count = %d\n", fp->f_count);

    foo_rele(fp);
    printf("After foo_rele, the fp->f_count = %d\n", fp->f_count);

    return 0;
}

输出：

After foo_alloc, the fp->f_count = 1
After foo_hold, the fp->f_count = 2
After foo_hold, the fp->f_count = 3
After foo_rele, the fp->f_count = 2
After foo_rele, the fp->f_count = 1
last the reference
After foo_rele, the fp->f_count = 0

读写锁（也叫做共享-独占锁）：

读写锁和互斥锁类似，但是读写锁允许更高的并发性。
互斥锁只有两种状态：加锁状态、不加锁状态；
读写锁有三种状态：读模式下加锁状态，写模式下加锁状态，不加锁状态；
一次只能有一个线程占有写模式下的读写锁，但是可以允许多个线程占用读模式下的读写锁。

读写锁非常适用于对数据结构读的次数远大于写的情况。

int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);//对读写锁进行初始化
int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);//释放为读写锁分配的资源

int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);//在读模式下获得读写锁
int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);//在写模式下获得读写锁

int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);//尝试在读模式下获得读写锁
int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);//尝试在写模式下获得读写锁

int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);//对读写锁进行解锁

条件变量：

条件变量是线程可以使用的另一种同步机制。条件变量与互斥量一起使用的时候，允许线程以无竞争的方式等待特定的条件发生。
条件本身是由互斥量保护的。线程在改变条件变量状态前必须先锁住互斥量。

条件变量在使用前必须初始化，一种是静态初始化：pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
另一种是动态分配的条件变量，则用pthread_cond_init函数进行初始化。
在释放底层的内存空间之前，可以使用pthread_cond_destroy对条件变量进行去初始化。

pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr);
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);//唤醒等待该条件变量上的某个线程
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);//唤醒等待该条件变量上的所有线程

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex, const struct timespec *abstime);

线程调用pthread_cond_wait这个函数之后，内核会做下面这些事：
1，拿到锁的线程，把锁暂时释放；
2，线程休眠，进行等待；
3，线程等待通知，要醒来。（重新获取锁）
pthread_cond_timedwait函数功能和pthread_cond_wait类似，只是多了一个等待时间abstime的限制。

条件变量的使用参考博客： Linux多线程消费者和生产者模型实例（互斥锁和条件变量使用）