互斥的概念

在多线程编程中,引入了对象互斥锁的概念,来保证共享数据操作的完整性。 每个对象都对应于一个可称为" 互斥锁" 的标记,这个标记用来保证在任一时刻, 只能有一个线程访问该对象。

互斥锁操作

互斥锁也可以叫线程锁,接下来说说互斥锁的的使用方法。

对互斥锁进行操作的函数,常用的有如下几个:

#include <pthread.h>

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_timedlock(pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct timespec *restrict abs_timeout);

对线程锁进行操作的函数有很多,还包括许多线程锁属性的操作函数, 不过一般来说,对于并不复杂的情况, 只需要使用创建、获取锁、释放锁、删除锁这几个就足够了。

创建互斥锁

所以下面简单看一下如何创建和使用互斥锁。

在使用互斥锁之前,需要先创建一个互斥锁的对象。 互斥锁的类型是 pthread_mutex_t ,所以定义一个变量就是创建了一个互斥锁。

pthread_mutex_t mtx;

这就定义了一个互斥锁。但是如果想使用这个互斥锁还是不行的,我们还需要对这个互斥锁进行初始化, 使用函数 pthread_mutex_init() 对互斥锁进行初始化操作。

//第二个参数是 NULL 的话,互斥锁的属性会设置为默认属性
pthread_mutex_init(&mtx, NULL);

除了使用 pthread_mutex_init() 初始化一个互斥锁,我们还可以使用下面的方式定义一个互斥锁:

pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

在头文件 /usr/include/pthread.h 中,对 PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER 的声明如下

# define PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER \
{ { , , , , , , { , } } }

为什么可以这样初始化呢,因为互斥锁的类型 pthread_mutex_t 是一个联合体, 其声明在文件 /usr/include/bits/pthreadtypes.h 中,代码如下:

/* Data structures for mutex handling.  The structure of the attribute
type is not exposed on purpose. */
typedef union
{
struct __pthread_mutex_s
{
int __lock;
unsigned int __count;
int __owner;
#if __WORDSIZE == 64
unsigned int __nusers;
#endif
/* KIND must stay at this position in the structure to maintain
binary compatibility. */
int __kind;
#if __WORDSIZE == 64
int __spins;
__pthread_list_t __list;
# define __PTHREAD_MUTEX_HAVE_PREV
#else
unsigned int __nusers;
__extension__ union
{
int __spins;
__pthread_slist_t __list;
};
#endif
} __data;
char __size[__SIZEOF_PTHREAD_MUTEX_T];
long int __align;
} pthread_mutex_t;

获取互斥锁

接下来是如何使用互斥锁进行互斥操作。在进行互斥操作的时候, 应该先"拿到锁"再执行需要互斥的操作,否则可能会导致多个线程都需要访问的数据结果不一致。 例如在一个线程在试图修改一个变量的时候,另一个线程也试图去修改这个变量, 那就很可能让后修改的这个线程把前面线程所做的修改覆盖了。

下面是获取锁的操作:

阻塞调用

pthread_mutex_lock(&mtx);

这个操作是阻塞调用的,也就是说,如果这个锁此时正在被其它线程占用, 那么 pthread_mutex_lock() 调用会进入到这个锁的排队队列中,并会进入阻塞状态, 直到拿到锁之后才会返回。

非阻塞调用

如果不想阻塞,而是想尝试获取一下,如果锁被占用咱就不用,如果没被占用那就用, 这该怎么实现呢?可以使用 pthread_mutex_trylock() 函数。 这个函数和 pthread_mutex_lock() 用法一样,只不过当请求的锁正在被占用的时候, 不会进入阻塞状态,而是立刻返回,并返回一个错误代码 EBUSY,意思是说, 有其它线程正在使用这个锁。

int err = pthread_mutex_trylock(&mtx);
if( != err) {
if(EBUSY == err) {
//The mutex could not be acquired because it was already locked.
}
}

超时调用

如果不想不断的调用 pthread_mutex_trylock() 来测试互斥锁是否可用, 而是想阻塞调用,但是增加一个超时时间呢,那么可以使用 pthread_mutex_timedlock() 来解决, 其调用方式如下:

struct timespec abs_timeout;
abs_timeout.tv_sec = time(NULL) + ;
abs_timeout.tv_nsec = ; int err = pthread_mutex_timedlock(&mtx, &abs_timeout);
if( != err) {
if(ETIMEDOUT == err) {
//The mutex could not be locked before the specified timeout expired.
}
}

上面代码的意思是,阻塞等待线程锁,但是只等1秒钟,一秒钟后如果还没拿到锁的话, 那就返回,并返回一个错误代码 ETIMEDOUT,意思是超时了。

其中 timespec 定义在头文件 time.h 中,其定义如下

struct timespec
{
__time_t tv_sec; /* Seconds. */
long int tv_nsec; /* Nanoseconds. */
};

还需要注意的是,这个函数里面的时间,是绝对时间,所以这里用 time() 函数返回的时间增加了 1 秒。

释放互斥锁

用完了互斥锁,一定要记得释放,不然下一个想要获得这个锁的线程, 就只能去等着了,如果那个线程很不幸的使用了阻塞等待,那就悲催了。

释放互斥锁比较简单,使用 pthread_mutex_unlock() 即可:

pthread_mutex_unlock(&mtx);

销毁线程锁

通过 man pthread_mutex_destroy 命令可以看到 pthread_mutex_destroy() 函数的说明, 在使用此函数销毁一个线程锁后,线程锁的状态变为"未定义"。有的 pthread_mutex_destroy 实现方式,会使线程锁变为一个不可用的值。一个被销毁的线程锁可以被 pthread_mutex_init() 再次初始化。对被销毁的线程锁进行其它操作,其结果是未定义的。

对一个处于已初始化但未锁定状态的线程锁进行销毁是安全的。尽量避免对一个处于锁定状态的线程锁进行销毁操作。

销毁线程锁的操作如下:

pthread_mutex_destroy(&mtx)

同步地址:https://www.fengbohello.top/archives/linux-pthread-mutex

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