线程同步与互斥:互斥锁

为什么需要互斥锁?

在多任务操作系统中,同时运行的多个任务可能都需要使用同一种资源。这个过程有点类似于,公司部门里,我在使用着打印机打印东西的同时(还没有打印完),别人刚好也在此刻使用打印机打印东西,如果不做任何处理的话,打印出来的东西肯定是错乱的。

下面我们用程序模拟一下这个过程,线程一需要打印“ hello ”,线程二需要打印“ world ”,不加任何处理的话,打印出来的内容会错乱:

#include <stdio.h>#include <pthread.h>#include <unistd.h>// 打印机void printer(char *str){while(*str!='\0'){putchar(*str);fflush(stdout);str++;sleep(1);}printf("\n"); }// 线程一void *thread_fun_1(void *arg){char *str = "hello";printer(str); //打印}// 线程二void *thread_fun_2(void *arg){char *str = "world";printer(str); //打印}int main(void){pthread_t tid1, tid2;// 创建 2 个线程pthread_create(&tid1, NULL, thread_fun_1, NULL);pthread_create(&tid2, NULL, thread_fun_2, NULL);// 等待线程结束,回收其资源pthread_join(tid1, NULL);pthread_join(tid2, NULL);return 0;}运行结果如下:

实际上,打印机是有做处理的,我在打印着的时候别人是不允许打印的,只有等我打印结束后别人才允许打印。这个过程有点类似于,把打印机放在一个房间里,给这个房间安把锁,这个锁默认是打开的。当 A 需要打印时,他先过来检查这把锁有没有锁着,没有的话就进去,同时上锁在房间里打印。而在这时,刚好 B 也需要打印,B 同样先检查锁,发现锁是锁住的,他就在门外等着。而当 A 打印结束后,他会开锁出来,这时候 B 才进去上锁打印。

而在线程里也有这么一把锁——互斥锁(mutex),互斥锁是一种简单的加锁的方法来控制对共享资源的访问,互斥锁只有两种状态,即上锁( lock )和解锁( unlock )。

互斥锁的操作流程如下:

1)在访问共享资源后临界区域前,对互斥锁进行加锁。

2)在访问完成后释放互斥锁导上的锁。

3)对互斥锁进行加锁后,任何其他试图再次对互斥锁加锁的线程将会被阻塞,直到锁被释放。

互斥锁基本操作

以下函数需要的头文件:

#include <pthread.h>

1)初始化互斥锁

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

功能:

初始化一个互斥锁。

参数:

mutex:互斥锁地址。类型是 pthread_mutex_t 。attr:设置互斥量的属性,通常可采用默认属性,即可将 attr 设为 NULL。

可以使用宏 PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER 静态初始化互斥锁,比如:pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;这种方法等价于使用 NULL 指定的attr 参数调用pthread_mutex_init() 来完成动态初始化,不同之处在于PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER 宏不进行错误检查。

返回值:

成功:0,成功申请的锁默认是打开的。

失败:非 0 错误码

2)上锁

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

功能:

对互斥锁上锁,若互斥锁已经上锁,则调用者一直阻塞,直到互斥锁解锁后再上锁。

参数:

mutex:互斥锁地址。

返回值:

成功:0

失败:非 0 错误码

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);

调用该函数时,若互斥锁未加锁,则上锁,返回 0;若互斥锁已加锁,则函数直接返回失败,即 EBUSY。

3)解锁

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t * mutex);

功能:

对指定的互斥锁解锁。

参数:

mutex:互斥锁地址。

返回值:

成功:0

失败:非 0 错误码

4)销毁互斥锁

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

功能:

销毁指定的一个互斥锁。互斥锁在使用完毕后,必须要对互斥锁进行销毁,以释放资源。

参数:

mutex:互斥锁地址。

返回值:

成功:0

失败:非 0 错误码

互斥锁应用实例

我们通过互斥锁完善上面的例子,示例代码如下:

摘抄美文4、承诺是一件美好的事情,但美好的东西往往不会变为现实。

线程同步与互斥:互斥锁

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