读写锁的使用（读写者模型）

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于 2022-07-03 14:54:40 首次发布

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本文介绍了读写锁的工作原理及其与互斥锁的区别。通过对比读者和写者在不同场景下的行为，阐述了读写锁如何有效提高并发效率，并提供了一些核心函数及简单的使用示例。

读写锁是互斥锁的一种，两者的区别在于：

互斥锁：线程之间相互排斥，每次只能有一个线程访问临界资源
读写锁：
- 写者(线程)相互排斥，每次只能有一个线程访问临界资源
- 读者(线程)互不影响，可以同时访问临界资源。

在读取比修改频繁的场景下，读写锁要更合适一点。因为如果使用互斥锁，在读取数据的时候，读线程之间会争抢锁，但是使用读写锁时，读线程之间互不影响。

画黑板报就是一个典型的读写者模型，画板报的人只有一个（即写者），但是读黑板报的人有多个（即读者）

1、初始化读写锁：pthread_rwlock_init

2、申请读者锁：pthread_rwlock_rdlock

3、申请写者锁：pthread_rwlock_wrlock

4、解锁：pthread_rwlock_unlock

5、销毁读写锁：pthread_rwlock_destroy

四、读写锁的简单使用

五、注意事项

一、模型中的三种关系

两个角色指的是读者角色和写者角色，三种关系指的是读者和读者、写者和写者、读者和写者。

1、写者和写者

每次画黑板报的都只能有一个，两个人同时画的话，一个人画消防主题，另一个人却在画动物主题，这并不是我们想看到的。

==》写者和写者之间是互斥关系。必须要等一个人画完，才能让下一个画

2、读者和写者

有的时候，你可能认为，画黑板报和读黑板报是可以同时进行的，但是画的过程中，读的人可能无法get到你在画什么，明明你在画龙，读的人却说你在画蛇。这就引起误解了，所以应该等写者写完，读者再读。

另一个角度就是，读者还在读，写者却想把板报给擦了，很显然这就矛盾了，所以我们应该让读者读完，写者再写。

==》读者和写者之间是互斥关系。写者在写的时候，读者不能得到锁；读者在读的时候，写者也不能得到锁。

3、读者和读者

一个人读不会影响另一个人读，这里就不存在什么互斥关系了。

==》读者和读者不会互相影响

二、读写锁加锁/解锁的基本原理

读写锁使用读者的数目作为临界资源，即 int readers = 0;

1、读者加锁/解锁

因为读者和读者之间是没有关系的，所以加锁和解锁是两个独立的过程

加锁 = 读黑板报的人加1

解锁 = 读黑板报的人减1

// 加锁
lock();
readers++;
unlock();

// 解锁
lock();
readers--;
unlock();

2、写者加锁/解锁

写者申请锁的时候，就要看读者数量了，主要有两种情况

readers != 0：当有读者在的时候，写者就无法申请到锁，此时会进入条件变量等待
readers == 0：只有当读者为0时，此时写者会被唤醒去争抢锁

// 等待读者线程解锁
while(readers > 0)
{
    cond_wait();        // 进入条件变量等待（等到读者数目为0，发送信号将挂起的写者唤醒）
}

lock();          //加锁

modify();        //用来表示写者修改内容的操作

unlock();        //解锁

三、读写锁的相关函数

从上面可以了解到，读锁和写锁本质上维护的是同一份临界资源。读者加锁的时候，读者数目加1；写者加锁的时候，必须要等到没有其他读者以后，才会去争抢锁。pthread库提供了 pthread_rwlock_t 这种结构体类型来表示读写锁。其他读写锁相关函数大致如下：

pthread_rwlock_init：初始化一个读写锁
pthread_rwlock_rdlock：读者申请锁
pthread_rwlock_tryrdlock：非阻塞读锁定　　
pthread_rwlock_wrlock：写者申请锁
pthread_rwlock_trywrlock：非阻塞写锁定
pthread_rwlock_unlock：解锁读写锁
pthread_rwlock_destroy：释放读写锁

1、初始化读写锁：pthread_rwlock_init

pthread_rwlock_init 的作用是初始化一个读写锁。

第一个参数rwlock：你要初始化的读写锁。

第二个参数 attr：给读写锁设置属性。设为NULL的话表示使用默认属性。

返回值：成功返回０；失败返回一个错误码

2、申请读者锁：pthread_rwlock_rdlock

pthread_rwlock_rdlock 的作用是申请读者锁，此时读者的数量会加1。

3、申请写者锁：pthread_rwlock_wrlock

pthread_rwlock_wrlock 的作用是申请写者锁，允许申请的条件是，读者的数量为0

4、解锁：pthread_rwlock_unlock

pthread_rwlock_unlock 的作用是为读者 / 写者锁解锁。因为读写锁保护的是同一个临界资源，解锁其实就是让这份临界资源可以被读者 / 写者访问到。

5、销毁读写锁：pthread_rwlock_destroy

pthread_rwlock_destroy 的作用是销毁读写锁。

参数rwlock：你要销毁的读写锁

返回值：成功返回0；失败返回一个错误码

四、读写锁的简单使用

现在有一个读线程，一个写线程，读线程在读数据的时候，写线程无法申请锁；写线程只能趁着读线程休眠的空挡来申请锁。

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

pthread_rwlock_t rwlock;

void* read_thread(void* args){
	 pthread_detach(pthread_self());

 	 while (1)
 	 {
		 pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
		 printf("读者[1]正在读内容\n");
		 pthread_rwlock_unlock(&rwlock);   
         sleep(1);
 	 }    
}

void* write_thread(void* args){
	pthread_detach(pthread_self());

	while (1)
	{
		pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
		printf("写者[1]正在写内容\n");
		pthread_rwlock_unlock(&rwlock);        
        // sleep(1);
	}
}

int main(){
	pthread_t tid1,tid2,tid3,tid4;
	pthread_rwlock_init(&rwlock, NULL);
	pthread_create(&tid1,NULL,read_thread, NULL);
	pthread_create(&tid3,NULL,write_thread, NULL);
	while(1){    
		sleep(1);
	} 
	return 0;
}