锁------mutex

最新推荐文章于 2025-04-17 21:22:29 发布

pipip.

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文章标签： linux

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/m0_75006599/article/details/147018508

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互斥锁（mutex）是一种用于多线程编程中，以防止多个线程同时访问共享资源的同步机制。其主要作用是保证在同一时间内，只有一个线程能够访问到共享资源或执行特定的代码段。

1.互斥锁的主要作用包括：

防止数据竞争：当多个线程尝试同时读写同一数据时，可能会导致数据不一致或损坏。互斥锁可以确保一次只有一个线程能够访问该数据。
保证操作的原子性：某些操作可能由多个步骤组成，如果这些步骤被其他线程中断，可能会导致错误。互斥锁可以保证这些操作的原子性，即操作要么全部完成，要么全部不做。
协调线程对共享资源的访问：互斥锁可以用来控制线程对共享资源（如文件、数据库连接等）的访问，确保资源在同一时间内只被一个线程使用。
避免死锁：虽然互斥锁可以防止数据竞争，但如果不恰当使用，也可能导致死锁。死锁是指两个或多个线程互相等待对方释放资源，从而导致程序无法继续执行的情况。因此，合理设计锁的获取和释放机制是避免死锁的关键。
实现线程间的同步：互斥锁可以与其他同步机制（如条件变量）配合使用，实现线程间的同步。例如，一个线程可以在满足特定条件之前等待，直到另一个线程通过互斥锁通知它条件已满足。

2.使用互斥锁的注意事项：

避免锁的过度使用：过度使用互斥锁可能会导致性能下降，因为线程需要等待锁的释放。
避免锁的嵌套：嵌套锁（即在一个已锁定的代码块中尝试获取另一个锁）可能导致死锁。
确保锁的释放：确保在函数退出或异常发生时，锁能够被正确释放。
使用锁的粒度：选择适当的锁粒度，即锁保护的代码范围。过大或过小的锁粒度都可能影响性能。

3.应用场景

1.创建一个虚拟购票系统，多线程来执行，让ticket数量--

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

int ticket = 10000;

void *routine(void *arg)
{
    char *id = (char*)arg;
    while(1)
    {
        
        if(ticket > 0)
        {
            usleep(1000);
            printf("%s sells ticket: %d\n", id, ticket);
            ticket--;
        }
        else
        {
            break;
        }
    }
    return nullptr;
}

int main()
{
    pthread_t t1, t2, t3, t4;

    pthread_create(&t1, nullptr, routine, (void *)"thread 1");
    pthread_create(&t2, nullptr, routine, (void *)"thread 2");
    pthread_create(&t3, nullptr, routine, (void *)"thread 3");
    pthread_create(&t4, nullptr, routine, (void *)"thread 4");

    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);
    pthread_join(t3, NULL);
    pthread_join(t4, NULL);


    return 0;
}

2.未使用锁，会造成票变成负数

3.ticket变成负数的原因

四个线程（t1, t2, t3, t4）几乎同时运行，每个线程都试图访问和修改 ticket 变量。由于没有使用互斥锁（mutex）或其他同步机制来保护对 ticket 的访问，以下情况可能发生：

检查-修改-写入（Check-Modify-Write）竞态条件：
- 线程1检查 ticket（假设为 5）。
- 线程2也检查 ticket（也是 5）。
- 线程1 将 ticket 减 1，变为 4，并写回。
- 线程2 也将 ticket 减 1，但使用的是旧值 5，结果写回的是 4（而不是预期的 3）。
- 这导致 ticket 被多次减 1，最终可能变为负数。

解决方案

为了解决这个问题，需要确保每次只有一个线程可以修改 ticket。这可以通过使用互斥锁（mutex）来实现。

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

int ticket = 10000;
pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void *routine(void *arg)
{
    char *id = (char*)arg;
    while(1)
    {
        pthread_mutex_lock(&lock);
        if(ticket > 0)
        {
            usleep(1000);
            printf("%s sells ticket: %d\n", id, ticket);
            ticket--;
            pthread_mutex_unlock(&lock);
        }
        else
        {   
            pthread_mutex_unlock(&lock);
            break;
        }
    }
    return nullptr;
}

int main()
{
    pthread_t t1, t2, t3, t4;

    pthread_create(&t1, nullptr, routine, (void *)"thread 1");
    pthread_create(&t2, nullptr, routine, (void *)"thread 2");
    pthread_create(&t3, nullptr, routine, (void *)"thread 3");
    pthread_create(&t4, nullptr, routine, (void *)"thread 4");

    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);
    pthread_join(t3, NULL);
    pthread_join(t4, NULL);


    return 0;
}