（转）Linux C 多线程编程----互斥锁与条件变量

2022-12-19 13:25:14

转：http://blog.csdn.net/xing_hao/article/details/6626223

一、互斥锁

互斥量从本质上说就是一把锁, 提供对共享资源的保护访问。

　　1. 初始化:

　　在Linux下, 线程的互斥量数据类型是pthread_mutex_t. 在使用前, 要对它进行初始化:

　　对于静态分配的互斥量, 可以把它设置为PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER, 或者调用pthread_mutex_init.

　　对于动态分配的互斥量, 在申请内存(malloc)之后, 通过pthread_mutex_init进行初始化, 并且在释放内存(free)前需要调用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);

　　头文件:

　　返回值: 成功则返回0, 出错则返回错误编号.

　　说明: 如果使用默认的属性初始化互斥量, 只需把attr设为NULL. 其他值在以后讲解。

　　2. 互斥操作:

　　对共享资源的访问, 要对互斥量进行加锁, 如果互斥量已经上了锁, 调用线程会阻塞, 直到互斥量被解锁. 在完成了对共享资源的访问后, 要对互斥量进行解锁。

　　首先说一下加锁函数:

　　头文件:

　　原型:

　　int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

　　int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);

　　返回值: 成功则返回0, 出错则返回错误编号.

　　说明: 具体说一下trylock函数, 这个函数是非阻塞调用模式, 也就是说, 如果互斥量没被锁住, trylock函数将把互斥量加锁, 并获得对共享资源的访问权限; 如果互斥量被锁住了, trylock函数将不会阻塞等待而直接返回EBUSY, 表示共享资源处于忙状态。

　　再说一下解所函数:

　　头文件:

　　原型: int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

　　返回值: 成功则返回0, 出错则返回错误编号.

　　3. 死锁:

　　死锁主要发生在有多个依赖锁存在时, 会在一个线程试图以与另一个线程相反顺序锁住互斥量时发生. 如何避免死锁是使用互斥量应该格外注意的东西。

　　总体来讲, 有几个不成文的基本原则:

　　对共享资源操作前一定要获得锁。

　　完成操作以后一定要释放锁。

　　尽量短时间地占用锁。

　　如果有多锁, 如获得顺序是ABC连环扣, 释放顺序也应该是ABC。

　　线程错误返回时应该释放它所获得的锁。

下面给个测试小程序进一步了解互斥，mutex互斥信号量锁住的不是一个变量，而是阻塞住一段程序。如果对一个mutex变量testlock, 执行了第一次pthread_mutex_lock(testlock)之后，在unlock(testlock)之前的这段时间内，如果有其他线程也执行到了pthread_mutex_lock(testlock)，这个线程就会阻塞住，直到之前的线程unlock之后才能执行，由此，实现同步，也就达到保护临界区资源的目的。

#include<stdio.h>

#include<pthread.h>

static pthread_mutex_t testlock;

pthread_t test_thread;

void *test()

{

pthread_mutex_lock(&testlock);

printf("thread Test() \n");

pthread_mutex_unlock(&testlock);

}

int main()

{

pthread_mutex_init(&testlock, NULL);

pthread_mutex_lock(&testlock); 

printf("Main lock \n");

pthread_create(&test_thread, NULL, test, NULL);

sleep(); //更加明显的观察到是否执行了创建线程的互斥锁

printf("Main unlock \n");

pthread_mutex_unlock(&testlock); 

sleep();

pthread_join(test_thread,NULL);

pthread_mutex_destroy(&testlock);

return ;

}

make

gcc -D_REENTRANT -lpthread -o test test.c

结果：
Main lock
Main unlock
thread Test()

二、条件变量
这里主要说说 pthread_cond_wait()的用法，在下面有说明。
条件变量是利用线程间共享的全局变量进行同步的一种机制，主要包括两个动作：一个线程等待"条件变量的条件成立"而挂起；另一个线程使"条件成立"（给出条件成立信号）。为了防止竞争，条件变量的使用总是和一个互斥锁结合在一起。

1．   创建和注销

条件变量和互斥锁一样，都有静态动态两种创建方式，静态方式使用PTHREAD_COND_INITIALIZER常量，如下：
pthread_cond_t cond=PTHREAD_COND_INITIALIZER

动态方式调用pthread_cond_init()函数，API定义如下：
int   pthread_cond_init(pthread_cond_t   *cond,   pthread_condattr_t   *cond_attr)

尽管POSIX标准中为条件变量定义了属性，但在LinuxThreads中没有实现，因此cond_attr值通常为NULL，且被忽略。

注销一个条件变量需要调用pthread_cond_destroy()，只有在没有线程在该条件变量上等待的时候才能注销这个条件变量，否则返回EBUSY。因为Linux实现的条件变量没有分配什么资源，所以注销动作只包括检查是否有等待线程。API定义如下：
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond)

2．等待和激发

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex)
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex, const struct timespec *abstime)

等待条件有两种方式：无条件等待pthread_cond_wait()和计时等待pthread_cond_timedwait()，其中计时等待方式如果在给定时刻前条件没有满足，则返回ETIMEOUT，结束等待，其中abstime以与time()系统调用相同意义的绝对时间形式出现，0表示格林尼治时间1970年1月1日0时0分0秒。

无论哪种等待方式，都必须和一个互斥锁配合，以防止多个线程同时请求pthread_cond_wait()（或pthread_cond_timedwait()，下同）的竞争条件（Race Condition）。mutex互斥锁必须是普通锁（PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP）或者适应锁（PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP），且在调用pthread_cond_wait()前必须由本线程加锁（pthread_mutex_lock()），而在更新条件等待队列以前，mutex保持锁定状态，并在线程挂起进入等待前解锁。在条件满足从而离开pthread_cond_wait()之前，mutex将被重新加锁，以与进入pthread_cond_wait()前的加锁动作对应。 执行pthread_cond_wait()时自动解锁互斥量(如同执行了 pthread_unlock_mutex)，并等待条件变量触发。这时线程挂起，不占用 CPU 时间，直到条件变量被触发。

因此，全过程可以描述为：

（1）pthread_mutex_lock()上锁，

（2）pthread_cond_wait()等待，等待过程分解为为：解锁--条件满足--加锁

（3）pthread_mutex_unlock()解锁。
激发条件有两种形式，pthread_cond_signal()激活一个等待该条件的线程，存在多个等待线程时按入队顺序激活其中一个；而pthread_cond_broadcast()则激活所有等待线程。两者如果没有等待的线程，则什么也不做。

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