Posix多线程编程学习笔记（四）—互斥量（1）

た入场券 2022-06-12 12:27 219阅读 0赞

**一、什么是互斥锁**

另一种在多线程程序中同步访问手段是使用互斥量。程序员给某个对象加上一把“锁”，每次只允许一个线程去访问它。如果想对代码关键部分的访问进行控制，你必须在进入这段代码之前锁定一把互斥量，在完成操作之后再打开它。

互斥量函数有

pthread\_mutex\_init 初始化一个互斥量

pthread\_mutex\_lock 给一个互斥量加锁

pthread\_mutex\_trylock 加锁，如果失败不阻塞

pthread\_mutex\_unlock 解锁

可以通过使用pthread的互斥接口保护数据，确保同一时间只有一个线程访问数据。互斥量从本质上说是一把锁，在访问共享资源前对互斥量进行加锁，在访问完成后释放互斥量上的锁。对互斥量进行加锁以后，任何其他试图再次对互斥量加锁的线程将会被阻塞直到当前线程释放该互斥锁。如果释放互斥锁时有多个线程阻塞，所以在该互斥锁上的阻塞线程都会变成可进行状态，第一个变成运行状态的线程可以对互斥量加锁，其他线程在次被阻塞，等待下次运行状态。

互斥量用pthread\_mutex\_t数据类型来表示，在使用互斥量以前，必须首先对它进行初始化，可以把它置为常量PTHREAD\_MUTEX\_INITIALIZER(只对静态分配的互斥量)，也可以通过调用pthread\_mutex\_init函数进行初始化，如果动态地分配互斥量，那么释放内存前需要调用pthread\_mutex\_destroy.

**二、初始化/回收互斥锁**

1．

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 名称:： </td> 
 <td> pthread_mutexattr_init </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 功能： </td> 
 <td> 初始化互斥锁。 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 头文件： </td> 
 <td> #include &lt;pthread.h&gt; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 函数原形： </td> 
 <td> int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t * mutex, const pthread_mutex_t *attr); </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 参数： </td> 
 <td> mutex&nbsp; 互斥量 attr&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 互斥锁属性 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 返回值： </td> 
 <td> 若成功则返回0，否则返回错误编号。 </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

mutex是我们要锁住的互斥量，attr是互斥锁的属性，可用相应的函数修改，我们在下章介绍，要用默认的属性初始化互斥量，只需把attr设置为NULL。

2．

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 名称:： </td> 
 <td> pthread_mutex_destroy </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 功能： </td> 
 <td> 释放对互斥变量分配的资源 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 头文件： </td> 
 <td> #include &lt;pthread.h&gt; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 函数原形： </td> 
 <td> int&nbsp; pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex); </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 参数： </td> 
 <td> &nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 返回值： </td> 
 <td> 若成功则返回0，否则返回错误编号。 </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

**三、对互斥量加减锁**

3．

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 名称:： </td> 
 <td> pthread_mutex_lock/ pthread_mutex_trylock/ pthread_mutex_unlock </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 功能： </td> 
 <td> 对互斥量加/减锁 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 头文件： </td> 
 <td> #include &lt;pthread.h&gt; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 函数原形： </td> 
 <td> int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex); int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex); int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex); </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 参数： </td> 
 <td> &nbsp; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 返回值： </td> 
 <td> 若成功则返回0，否则返回错误编号。 </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

对互斥量进行加锁，需要调用pthread\_mutex\_lock,如果互斥量已经上锁，调用线程阻塞直至互斥量解锁。对互斥量解锁，需要调用pthread\_mutex\_unlock.

如果线程不希望被阻塞，他可以使用pthread\_mutex\_trylock尝试对互斥量进行加锁。如果调用pthread\_mutex\_trylock时互斥量处于未锁住状态，那么pthread\_mutex\_trylock将锁住互斥量，否则就会失败，不能锁住互斥量，而返回EBUSY。

下面试例子可以证明对互斥量加锁的必要性：

我们先来看不加锁的程序。

运行上面程序的运行结果为:

function thread is sleep

main thread is run

main thread is sleep

function thread is run

function thread is sleep

main thread is run

main thread is sleep

function thread is run

function thread is sleep

我们可以看到main线程和function线程是交替运行的。它们都可以对run\_now进行操作。

下面是加锁的程序。

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> #inlcude &lt;stdio.h&gt; #include &lt;pthread.h&gt; #inlcude &lt;stdio.h&gt; &nbsp; viid *thread_function(void *arg); &nbsp; int run_now=1;&nbsp; /*用run_now代表共享资源*/ pthread_mutex_t work_mutex;&nbsp; /*定义互斥量*/ &nbsp; int main() { int res; int print_count1=0; prhread_t a_thread; &nbsp; if(pthread_mutex_init(&amp;work_mutex,NULL)!=0)&nbsp; /*初始化互斥量*/ { &nbsp;&nbsp;&nbsp; perror(“Mutex init faied”); &nbsp;&nbsp;&nbsp; exit(1); } &nbsp; if(pthread_create(&amp;a_thread,NULL,thread_function,NULL)!=0)&nbsp; /*创建新线程*/ { &nbsp;&nbsp;&nbsp; perror(“Thread createion failed”); &nbsp;&nbsp;&nbsp; exit(1); } &nbsp; if(pthread_mutex_lock(&amp;work_mutex)!=0)&nbsp; /*对互斥量加锁*/ { &nbsp;&nbsp;&nbsp; preeor(“Lock failed”); &nbsp;&nbsp;&nbsp; exit(1); } else &nbsp;&nbsp;&nbsp; printf(“main lock/n”); &nbsp; while(print_count1++&lt;5) { &nbsp;&nbsp;&nbsp; if(run_now==1)&nbsp; /主线程：如果run_now为1就把它修改为2*/ &nbsp;&nbsp;&nbsp; { &nbsp;&nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;printf(“main thread is run/n”); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; run_now=2; &nbsp;&nbsp;&nbsp; } &nbsp;&nbsp;&nbsp; else &nbsp;&nbsp;&nbsp; { &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; printf(“main thread is sleep/n”); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; sleep(1); &nbsp;&nbsp;&nbsp; } } &nbsp; if(pthread_mutex_unlock(&amp;work_mutex)!=0) /*对互斥量解锁*/ { &nbsp;&nbsp;&nbsp; preeor(“unlock failed”); &nbsp;&nbsp;&nbsp; exit(1); } else &nbsp;&nbsp;&nbsp; printf(“main unlock/n”); &nbsp; pthread_mutex_destroy(&amp;work_mutex); /*收回互斥量资源*/ pthread_join(a_thread,NULL); /*等待子线程结束*/ exit(0); } &nbsp; void *thread_function(void *arg) { int print_count2=0; &nbsp; sleep(1); if(pthread_mutex_lock(&amp;work_mutex)!=0) { &nbsp;&nbsp;&nbsp; perror(“Lock failed”); &nbsp;&nbsp;&nbsp; exit(1); } else &nbsp;&nbsp;&nbsp; printf(“function lock/n”); while(print_count2++&lt;5) { &nbsp;&nbsp;&nbsp; if(run_now==2)&nbsp; /分进程：如果run_now为1就把它修改为1*/ &nbsp;&nbsp;&nbsp; { &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; printf(“function thread is run/n”); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; run_now=1; &nbsp;&nbsp;&nbsp; } &nbsp;&nbsp;&nbsp; else &nbsp;&nbsp;&nbsp; { &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; printf(“function thread is sleep/n”); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; sleep(1); &nbsp;&nbsp;&nbsp; } } &nbsp; if(pthread_mutex_unlock(&amp;work_mutex)!=0)&nbsp; /*对互斥量解锁*/ { &nbsp;&nbsp;&nbsp; perror(“unlock failed”); &nbsp;&nbsp;&nbsp; exit(1); } else &nbsp;&nbsp;&nbsp; printf(“function unlock/n”); pthread_exit(NULL); } &nbsp; </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

下面是运行结果：

main lock

main thread is run

main thread is sleep

main unlock

function lock

function thread is run

function thread is sleep

function unlock

我们从运行结果可以看到，当主进程把互斥量锁住后，子进程就不能对共享资源进行操作了。