UNIX环境高级编程——线程同步之互斥锁、读写锁和条件变量（小结）

一、使用互斥锁

1、初始化互斥量

pthread_mutex_t mutex =PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;//静态初始化互斥量
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t*mutex,pthread_mutexattr_t*attr);//动态初始化互斥量
int pthread_mutex_destory(pthread_mutex_t*mutex);//撤销互斥量

     不能拷贝互斥量变量，但可以拷贝指向互斥量的指针，这样就可以使多个函数或线程共享互斥量来实现同步。上面动态申请的互斥量需要动态的撤销。

2、加锁和解锁互斥量

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

     当调用pthread_mutex_lock加锁互斥量时，如果此时互斥量已经被锁住，则调用线程将被阻塞。而pthread_mutex_trylock函数当调用互斥量已经被锁住时调用该函数将返回错误代码EBUSY。使用和信号量一样，先锁住互斥量再处理共享数据，最后解锁互斥量。
     针对上信号量中的示例进行修改得：

#include<pthread.h>
#include<stdio.h>
#include<semaphore.h>
#define NITERS 100000000
/*共享变量*/
unsigned int cnt = 0;
//sem_t mutex;
pthread_mutex_t mutex;
void *count(void *arg)
{
	int i;
	for(i=0;i<NITERS;i++)
	{
		pthread_mutex_lock(&mutex);
		cnt++;
		pthread_mutex_unlock(&mutex);
	}
	return arg;
}
int main()
{
	pthread_t tid1,tid2;
	int status;
	pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
      
	pthread_mutex_destroy(&mutex);
	if(cnt!=(unsigned)NITERS*2)
		printf("Boom!,cnt=%d
",cnt);
	else
		printf("Ok cnt=%d
",cnt);
	return 0;
}

3、使用多个互斥量

使用多个互斥量可能造成死锁问题。如下：

线程1                                              线程2

pthread_mutex_lock(&mutex_a);                     pthread_mutex_lock(&mutex_b);

pthread_mutex_lock(&mutex_b);                     pthread_mutex_lock(&mutex_a);

     当两个线程都完成第一步时，都无法完成第二步，将造成死锁。可以通过以下两种方法来避免死锁：

固定加锁层次：所有需要同时加锁互斥量A和互斥量B的代码，必须先加锁A再加锁B。

试加锁和回退：在锁住第一个互斥量后，使用pthread_mutex_trylock来加锁其他互斥量，如果失败则将已加锁的互斥量释放，并重新加锁。

二、使用读写锁

     通过读写锁，可以对受保护的共享资源进行并发读取和独占写入。读写锁是可以在读取或写入模式下锁定的单一实体。要修改资源，线程必须首先获取互斥写锁。必须释放所有读锁之后，才允许使用互斥写锁。

1. 初始化和销毁:

#include <pthread.h>
int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);
int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);

     同互斥量一样, 在释放读写锁占用的内存之前, 需要先通过pthread_rwlock_destroy对读写锁进行清理工作, 释放由init分配的资源.

2.加锁和解锁

读取读写锁中的锁 int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
读取非阻塞读写锁中的锁 int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
写入读写锁中的锁   int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
写入非阻塞读写锁中的锁    int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
解除锁定读写锁 int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

三、条件变量

     假如某个线程需要等待系统处于某种状态下才能继续执行，Linux为了解决这种问题引入了条件变量这种线程同步对象，条件变量是用来通知共享数据状态信息的，等待条件变量总是返回锁住的互斥量，条件变量是与互斥量相关、也与互斥量保护的共享数据相关的信号机制。条件变量不提供互斥，需要一个互斥量来同步对共享数据的访问，这就是为什么在等待条件变量时必须指定一个互斥量。

1、创建和销毁条件变量

#include <pthread.h>
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,const pthread_condattr_t *restrict attr);
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);     

2、等待条件变量

#include <pthread.h>
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond,pthread_mutex_t *restrict mutex,const struct timespec *restrict abstime);
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond,pthread_mutex_t *restrict mutex);

     两个函数的差别在于前者指定一个超时时间，在该时间内阻塞调用线程，并等待条件变量，如果规定时间内条件还没有发生，则函数返回。每个条件变量必须一个特定互斥量关联，当线程等待条件变量时，他必须将相关互斥量锁住。在阻塞线程之前，条件变量等待操作将解锁互斥量，而在重新返回线程之前，会在次锁住互斥量。

3、唤醒条件变量等待线程

#include <pthread.h>
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);

     pthread_cond_signal将会激活等待线程中的一个；pthread_cond_broadcast将会激活所有的线程。另外请注意这两个函数也需要互斥量来保护。