線程的互斥鎖

1.線程的互斥鎖

1.1. 初始化:

在Linux下, 線程的互斥量資料類型是pthread_mutex_t. 在使用前, 要對它進行初始化:

對于靜态配置設定的互斥量, 可以把它設定為PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER, 或者調用pthread_mutex_init.

對于動态配置設定的互斥量, 在申請記憶體(malloc)之後, 通過pthread_mutex_init進行初始化, 并且在釋放記憶體(free)前需要調用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);

頭檔案:

傳回值: 成功則傳回0, 出錯則傳回錯誤編号.

說明: 如果使用預設的屬性初始化互斥量, 隻需把attr設為NULL. 其他值在以後講解.

1.2. 互斥操作:

對共享資源的通路, 要對互斥量進行加鎖, 如果互斥量已經上了鎖, 調用線程會阻塞, 直到互斥量被解鎖. 在完成了對共享資源的通路後, 要對互斥量進行解鎖.

首先說一下加鎖函數:

頭檔案:

原型:

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);

傳回值: 成功則傳回0, 出錯則傳回錯誤編号.

說明: 具體說一下trylock函數, 這個函數是非阻塞調用模式, 也就是說, 如果互斥量沒被鎖住, trylock函數将把互斥量加鎖, 并獲得對共享資源的通路權限; 如果互斥量被鎖住了, trylock函數将不會阻塞等待而直接傳回EBUSY, 表示共享資源處于忙狀态.

再說一下解所函數:

頭檔案:

原型: int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

傳回值: 成功則傳回0, 出錯則傳回錯誤編号.

1.3. 死鎖:

死鎖主要發生在有多個依賴鎖存在時, 會在一個線程試圖以與另一個線程相反順序鎖住互斥量時發生. 如何避免死鎖是使用互斥量應該格外注意的東西.

總體來講, 有幾個不成文的基本原則:

對共享資源操作前一定要獲得鎖.

完成操作以後一定要釋放鎖.

盡量短時間地占用鎖.

如果有多鎖, 如獲得順序是ABC連環扣, 釋放順序也應該是ABC.

線程錯誤傳回時應該釋放它所獲得的鎖.

談了這麼多就讓我舉個實際點的例子來說明以上函數的功能：

（代碼來源于：《GPRS伺服器Linux程式設計》作者：李楊明）

#include

#include

#include

#include

#include

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

int lock_var;

time_t end_time;

int sum;

void pthread1(void *arg);

void pthread2(void *arg);

void pthread3(void *arg);

int main(int argc, char *argv[])

{

pthread_t id1,id2,id3;

pthread_t mon_th_id;

int ret;

sum=10;

end_time = time(NULL) 10;

pthread_mutex_init(&mutex,NULL);

ret=pthread_create(&id1,NULL,(void *)pthread1, NULL);

if(ret!=0)

perror("pthread cread1");

ret=pthread_create(&id2,NULL,(void *)pthread2, NULL);

if(ret!=0)

perror("pthread cread2");

ret=pthread_create(&id3,NULL,(void *)pthread3, NULL);

if(ret!=0)

perror("pthread cread3");

pthread_join(id1,NULL);

pthread_join(id2,NULL);

pthread_join(id3,NULL);

exit(0);

}

void pthread1(void *arg)

{

int i;

while(time(NULL) < end_time)

{

if(pthread_mutex_lock(&mutex)!=0) //lock

{

perror("pthread_mutex_lock");

}

else

printf("pthread1:pthread1 lock the variable/n");

for(i=0;i<2;i )

{

sleep(2);

lock_var ;

}

if(pthread_mutex_unlock(&mutex)!=0) //unlock

{

perror("pthread_mutex_unlock");

}

else

printf("pthread1:pthread1 unlock the variable/n");

sleep(1);

}

}

void pthread2(void *arg)

{

int nolock=0;

int ret;

while(time(NULL) < end_time)

{

ret=pthread_mutex_trylock(&mutex);//try lock

if(ret==EBUSY)

printf("pthread2:the variable is locked by pthread1/n");

else{

if(ret!=0)

{

perror("pthread_mutex_trylock");

exit(1);

}

else

printf("pthread2:pthread2 got lock.The variable is %d/n",lock_var);

if(pthread_mutex_unlock(&mutex)!=0)//unlock

{

perror("pthread_mutex_unlock");

}

else

printf("pthread2:pthread2 unlock the variable/n");

}

sleep(1);

}

}

void pthread3(void *arg)

{

}

**************************************

1.4.遞歸加鎖 的問題

在預設情況下，Linux 下的同一線程無法對同一互斥鎖進行遞歸加速，否則将發生死鎖。

所謂遞歸加鎖，就是在同一線程中試圖對互斥鎖進行兩次或兩次以上的行為

由于在預設情況下，Linux 不允許同一線程遞歸加鎖，是以在第二次加鎖操作時線程将出現死鎖。

    清單 1. Linux 重複對互斥鎖加鎖執行個體

    // 通過預設條件建鎖

    pthread_mutex_t *theMutex = new pthread_mutex_t;

    pthread_mutexattr_t attr;

    pthread_mutexattr_init(&attr);

    pthread_mutex_init(theMutex,&attr);

    pthread_mutexattr_destroy(&attr);

    // 遞歸加鎖

    pthread_mutex_lock (theMutex);

    pthread_mutex_lock (theMutex);

    pthread_mutex_unlock (theMutex);

    pthread_mutex_unlock (theMutex);

在以上代碼場景中，問題将出現在第二次加鎖操作。由于在預設情況下，Linux 不允許同一線程遞歸加鎖，是以在第二次加鎖操作時線程将出現死鎖。

Linux 互斥變量這種奇怪的行為或許對于特定的某些場景會所有用處，但是對于大多數情況下看起來更像是程式的一個 bug 。畢竟，在同一線程中對同一互斥鎖進行遞歸加鎖在尤其是二次開發中經常會需要。

這個問題與互斥鎖的中的預設 recursive 屬性有關。解決問題的方法就是顯式地在互斥變量初始化時将設定起 recursive 屬性。基于此，以上代碼其實稍作修改就可以很好的運作，隻需要在初始化鎖的時候加設定一個屬性。請看清單 2 。

清單 2. 設定互斥鎖 recursive 屬性執行個體

pthread_mutexattr_init(&attr);

    // 設定 recursive 屬性

    pthread_mutexattr_settype(&attr,PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE_NP);

    pthread_mutex_init(theMutex,&attr);

是以，建議盡量設定 recursive 屬性以初始化 Linux 的互斥鎖，這樣既可以解決同一線程遞歸加鎖的問題，又可以避免很多情況下死鎖的發生。這樣做還有一個額外的好處，就是可以讓 Windows 和 Linux 下讓鎖的表現統一。