【Linux】C多线程编程：互斥锁

互斥量从本质上说就是一把锁, 提供对共享资源的保护访问。其基本原理就是在调用pthread_mutex_lock函数后 互斥锁为上锁状态，在其他线程里如果出现了pthread_mutex_lock函数后，会直接阻塞，直到互斥锁解锁。

1. 初始化

在Linux下, 线程的互斥量数据类型是pthread_mutex_t. 在使用前, 要对它进行初始化:

• 对于静态分配的互斥量, 可以把它设置为PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER, 或者调用pthread_mutex_init.
• 对于动态分配的互斥量, 在申请内存(malloc)之后, 通过pthread_mutex_init进行初始化, 并且在释放内存(free)前需要调用pthread_mutex_destroy.

原型:

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

头文件:

• 返回值: 成功则返回0, 出错则返回错误编号.

• 说明: 如果使用默认的属性初始化互斥量, 只需把attr设为NULL. 其他值在以后讲解。

2. 互斥操作

对共享资源的访问, 要对互斥量进行加锁, 如果互斥量已经上了锁, 调用线程会阻塞, 直到互斥量被解锁. 在完成了对共享资源的访问后, 要对互斥量进行解锁。

首先说一下加锁函数:

　　int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

　　int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);

• 返回值: 成功则返回0, 出错则返回错误编号.
• 说明: 具体说一下trylock函数, 这个函数是非阻塞调用模式, 也就是说, 如果互斥量没被锁住, trylock函数将把互斥量加锁, 并获得对共享资源的访问权限; 如果互斥量被锁住了, trylock函数将不会阻塞等待而直接返回EBUSY, 表示共享资源处于忙状态。

再说一下解所函数:

　　 int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

• 返回值: 成功则返回0, 出错则返回错误编号.

3. 死锁

死锁主要发生在有多个依赖锁存在时, 会在一个线程试图以与另一个线程相反顺序锁住互斥量时发生. 如何避免死锁是使用互斥量应该格外注意的东西。总体来讲, 有几个不成文的基本原则:

• 对共享资源操作前一定要获得锁。
• 完成操作以后一定要释放锁。
• 尽量短时间地占用锁。
• 如果有多锁, 如获得顺序是ABC连环扣, 释放顺序也应该是ABC。
• 线程错误返回时应该释放它所获得的锁。

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下面给个测试小程序进一步了解互斥，mutex互斥信号量锁住的不是一个变量，而是阻塞住一段程序。如果对一个mutex变量testlock, 执行了第一次pthread_mutex_lock(testlock)之后，在unlock(testlock)之前的这段时间内，如果有其他线程也执行到了pthread_mutex_lock(testlock)，这个线程就会阻塞住，直到之前的线程unlock之后才能执行，由此，实现同步，也就达到保护临界区资源的目的。

#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
static pthread_mutex_t testlock;
pthread_t test_thread;
void *test()
{
    pthread_mutex_lock(&testlock);
    printf("thread Test() 
");
    pthread_mutex_unlock(&testlock);
}
int main()
{
    pthread_mutex_init(&testlock, NULL);
    pthread_mutex_lock(&testlock); 
    
    printf("Main lock 
");
    
    pthread_create(&test_thread, NULL, test, NULL);
    sleep(1); //更加明显的观察到是否执行了创建线程的互斥锁
    printf("Main unlock 
");
    pthread_mutex_unlock(&testlock); 
    
    sleep(1);
    
    pthread_join(test_thread,NULL); 
    pthread_mutex_destroy(&testlock); 
    return 0;
}

make
gcc -D_REENTRANT -lpthread -o test test.c

结果：

Main lock

Main unlock

thread Test()