读写锁

读写锁基本原理

当有一个线程已经持有互斥锁时，互斥锁将所有试图进入临界区的线程都阻塞住。但是考虑一种情形，当前持有互斥锁的线程只是要读访问共享资源，而同时有其它几个线程也想读取这个共享资源，但是由于互斥锁的排它性，所有其它线程都无法获取锁，也就无法读访问共享资源了，但是实际上多个线程同时读访问共享资源并不会导致问题。

在对数据的读写操作中，更多的是读操作，写操作较少，例如对数据库数据的读写应用。为了满足当前能够允许多个读出，但只允许一个写入的需求，线程提供了读写锁来实现。

读写锁的特点如下：

1）如果有其它线程读数据，则允许其它线程执行读操作，但不允许写操作。

2）如果有其它线程写数据，则其它线程都不允许读、写操作。

读写锁分为读锁和写锁，规则如下：

1）如果某线程申请了读锁，其它线程可以再申请读锁，但不能申请写锁。

2）如果某线程申请了写锁，其它线程不能申请读锁，也不能申请写锁。

POSIX 定义的读写锁的数据类型是： pthread_rwlock_t。

读写锁基本操作

以下函数所需头文件：

#include <pthread.h>  

1）初始化读写锁

int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *rwlock, const pthread_rwlockattr_t *attr); 

功能：

用来初始化 rwlock 所指向的读写锁。

参数：

rwlock：指向要初始化的读写锁指针。

attr：读写锁的属性指针。如果 attr 为 NULL 则会使用默认的属性初始化读写锁，否则使用指定的 attr 初始化读写锁。

可以使用宏 PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER 静态初始化读写锁，比如：

pthread_rwlock_t my_rwlock = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;

这种方法等价于使用 NULL 指定的 attr 参数调用 pthread_rwlock_init() 来完成动态初始化，不同之处在于PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER 宏不进行错误检查。

返回值：

成功：0，读写锁的状态将成为已初始化和已解锁。

失败：非 0 错误码。

2）申请读锁

int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock ); 

功能：

以阻塞方式在读写锁上获取读锁（读锁定）。如果没有写者持有该锁，并且没有写者阻塞在该锁上，则调用线程会获取读锁。如果调用线程未获取读锁，则它将阻塞直到它获取了该锁。一个线程可以在一个读写锁上多次执行读锁定。线程可以成功调用 pthread_rwlock_rdlock() 函数 n 次，但是之后该线程必须调用 pthread_rwlock_unlock() 函数 n 次才能解除锁定。

参数：

rwlock：读写锁指针。

返回值：

成功：0

失败：非 0 错误码

int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock); 

用于尝试以非阻塞的方式来在读写锁上获取读锁。如果有任何的写者持有该锁或有写者阻塞在该读写锁上，则立即失败返回。

3）申请写锁

int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock ); 

功能：

在读写锁上获取写锁（写锁定）。如果没有写者持有该锁，并且没有写者读者持有该锁，则调用线程会获取写锁。如果调用线程未获取写锁，则它将阻塞直到它获取了该锁。

参数：

rwlock：读写锁指针。

返回值：

成功：0

失败：非 0 错误码

int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock); 

用于尝试以非阻塞的方式来在读写锁上获取写锁。如果有任何的读者或写者持有该锁，则立即失败返回。

4）解锁

int pthread_rwlock_unlock (pthread_rwlock_t *rwlock); 

功能：

无论是读锁或写锁，都可以通过此函数解锁。

参数：

rwlock：读写锁指针。

返回值：

成功：0

失败：非 0 错误码

5）销毁读写锁

int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);

功能：

用于销毁一个读写锁，并释放所有相关联的资源（所谓的所有指的是由 pthread_rwlock_init() 自动申请的资源） 。

参数：

rwlock：读写锁指针。

返回值：

成功：0

失败：非 0 错误码

读写锁应用实例

下面是一个使用读写锁来实现 4 个线程读写一段数据是实例。在此示例程序中，共创建了 4 个线程，其中两个线程用来写入数据，两个线程用来读取数据。当某个线程读操作时，其他线程允许读操作，却不允许写操作；当某个线程写操作时，其它线程都不允许读或写操作。

示例代码如下：

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

pthread_rwlock_t rwlock; //读写锁
int num = 1;

//读操作，其他线程允许读操作，却不允许写操作
void *fun1(void *arg)
{
    while(1)
    {
        pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
        printf("read num first===%d
",num);
        pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
        sleep(1);
    }
}

//读操作，其他线程允许读操作，却不允许写操作
void *fun2(void *arg)
{
    while(1)
    {
        pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
        printf("read num second===%d
",num);
        pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
        sleep(2);
    }
}

//写操作，其它线程都不允许读或写操作
void *fun3(void *arg)
{
    while(1)
    {

        pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
        num++;
        printf("write thread first
");
        pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
        sleep(2);
    }
}

//写操作，其它线程都不允许读或写操作
void *fun4(void *arg)
{
    while(1)
    {

        pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
        num++;
        printf("write thread second
");
        pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
        sleep(1);
    }
}

int main()
{
    pthread_t ptd1, ptd2, ptd3, ptd4;

    pthread_rwlock_init(&rwlock, NULL);//初始化一个读写锁

    //创建线程
    pthread_create(&ptd1, NULL, fun1, NULL);
    pthread_create(&ptd2, NULL, fun2, NULL);
    pthread_create(&ptd3, NULL, fun3, NULL);
    pthread_create(&ptd4, NULL, fun4, NULL);

    //等待线程结束，回收其资源
    pthread_join(ptd1,NULL);
    pthread_join(ptd2,NULL);
    pthread_join(ptd3,NULL);
    pthread_join(ptd4,NULL);

    pthread_rwlock_destroy(&rwlock);//销毁读写锁

    return 0;
}