Linux線程-互斥鎖pthread_mutex_t

在線程實際運行過程中，我們經常需要多個線程保持同步。這時可以用互斥鎖來完成任務；互斥鎖的使用過程中，主要有pthread_mutex_init，pthread_mutex_destory，pthread_mutex_lock，pthread_mutex_unlock這幾個函數以完成鎖的初始化，鎖的銷毀，上鎖和釋放鎖操作。

linux下為了多線程同步，通常用到鎖的概念。
posix下抽象了一個鎖類型的結構：ptread_mutex_t。通過對該結構的操作，來判斷資源是否可以訪問。顧名思義，加鎖(lock)后，別人就無法打開，只有當鎖沒有關閉(unlock)的時候才能訪問資源。
它主要用如下7個函數進行操作。
1：pthread_mutex_init(pthread_mutex_t * mutex,const pthread_mutexattr_t *attr);
? ?初始化鎖變量mutex。attr為鎖屬性，NULL值為默認屬性。
2：pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);加鎖
3：pthread_mutex_tylock(pthread_mutex_t *mutex);加鎖，但是與2不一樣的是當鎖已經在使用的時候，返回為EBUSY，而不是掛起等待。
4：pthread_create（（pthread_t ?*thread, ?pthread_attr_t ?*attr, ?void ?*（*start_routine）（void ?*）, ?void ?*arg）
? ? 功能：創建線程（實際上就是確定調用該線程函數的入口點），在線程創建以后，就開始運行相關的線程函數。
? ? 說明：thread：線程標識符；attr：線程屬性設置；start_routine：線程函數的起始地址；arg：傳遞給start_routine的參數；
? ? 返回值：成功，返回0；出錯，返回-1。
5：pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);釋放鎖
6：pthread_join(pthread_t tid, void **status);
? ? 功能：pthread_join()函數會一直阻塞調用線程，直到指定的線程tid終止。當pthread_join()返回之后，應用程序可回收
? ? 與已終止線程關聯的任何數據存儲空間，（另外也可設置線程attr屬性，當線程結束時直接回收資源）如果沒有必要等待特定的線程
? ? 終止之后才進行其他處理，則應當將該線程分離pthread_detach()。
7：pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);使用完后釋放

一，鎖的創建

? ? 鎖可以被動態或靜態創建，可以用宏PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER來靜態的初始化鎖，采用這種方式比較容易理解，互斥鎖是pthread_mutex_t的結構體，而這個宏是一個結構常量，如下可以完成靜態的初始化鎖：
? ? pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
? ? 另外鎖可以用pthread_mutex_init函數動態的創建，函數原型如下：
? ? int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t * attr)

二，鎖的屬性

? ? 互斥鎖屬性可以由pthread_mutexattr_init(pthread_mutexattr_t *mattr);來初始化，然后可以調用其他的屬性設置方法來設置其屬性；
? ? 互斥鎖的范圍：可以指定是該進程與其他進程的同步還是同一進程內不同的線程之間的同步。可以設置為PTHREAD_PROCESS_SHARE和PTHREAD_PROCESS_PRIVATE。默認是后者，表示進程內使用鎖。可以使用int pthread_mutexattr_setpshared(pthread_mutexattr_t *mattr, int pshared)
pthread_mutexattr_getshared(pthread_mutexattr_t *mattr,int *pshared)
用來設置與獲取鎖的范圍；

? ? 互斥鎖的類型：有以下幾個取值空間：
　　PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP，這是缺省值，也就是普通鎖。當一個線程加鎖以后，其余請求鎖的線程將形成一個等待隊列，并在解鎖后按優先級獲得鎖。這種鎖策略保證了資源分配的公平性。
　　PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE_NP，嵌套鎖，允許同一個線程對同一個鎖成功獲得多次，并通過多次unlock解鎖。如果是不同線程請求，則在加鎖線程解鎖時重新競爭。
　　PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK_NP，檢錯鎖，如果同一個線程請求同一個鎖，則返回EDEADLK，否則與PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP類型動作相同。這樣就保證當不允許多次加鎖時不會出現最簡單情況下的死鎖。
　　PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP，適應鎖，動作最簡單的鎖類型，僅等待解鎖后重新競爭。

可以用
pthread_mutexattr_settype(pthread_mutexattr_t *attr , int type)
pthread_mutexattr_gettype(pthread_mutexattr_t *attr , int *type)
獲取或設置鎖的類型。

三，鎖的釋放

? ? 調用pthread_mutex_destory之后，可以釋放鎖占用的資源，但這有一個前提上鎖當前是沒有被鎖的狀態。

四，鎖操作

? ? 對鎖的操作主要包括加鎖 pthread_mutex_lock()、解鎖pthread_mutex_unlock()和測試加鎖 pthread_mutex_trylock()三個。

? 　int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex)

　　int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex)

　　int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex)

　　pthread_mutex_trylock()語義與pthread_mutex_lock()類似，不同的是在鎖已經被占據時返回EBUSY而不是掛起等待

五，鎖的使用

例子1：

#include <pthread.h> #include <stdio.h>pthread_mutex_t mutex ; void *print_msg(void *arg){int i=0;pthread_mutex_lock(&mutex);for(i=0;i<15;i++){printf("output : %d\n",i);usleep(100);}pthread_mutex_unlock(&mutex); } int main(int argc,char** argv){pthread_t id1;pthread_t id2;pthread_mutex_init(&mutex,NULL);pthread_create(&id1,NULL,print_msg,NULL);pthread_create(&id2,NULL,print_msg,NULL);pthread_join(id1,NULL);pthread_join(id2,NULL);pthread_mutex_destroy(&mutex);return 1; }

例子2：

下面經典例子為創建兩個線程對sum從1加到100。前面第一個線程從1－49，后面從50－100。主線程讀取最后的加值。為了防止資源競爭，用了pthread_mutex_t 鎖操作。

#include<stdlib.h> #include<stdio.h> #include<unistd.h> #include<pthread.h> typedef struct ct_sum { int sum;pthread_mutex_t lock; }ct_sum; void * add1(void * cnt) { pthread_mutex_lock(&(((ct_sum*)cnt)->lock));int i;for( i=0;i<50;i++){(*(ct_sum*)cnt).sum+=i;}pthread_mutex_unlock(&(((ct_sum*)cnt)->lock));pthread_exit(NULL);return 0; } void * add2(void *cnt) { int i;cnt= (ct_sum*)cnt;pthread_mutex_lock(&(((ct_sum*)cnt)->lock));for( i=50;i<101;i++){ (*(ct_sum*)cnt).sum+=i; }pthread_mutex_unlock(&(((ct_sum*)cnt)->lock));pthread_exit(NULL);return 0; } int main(void) { int i;pthread_t ptid1,ptid2;int sum=0;ct_sum cnt;pthread_mutex_init(&(cnt.lock),NULL);cnt.sum=0;pthread_create(&ptid1,NULL,add1,&cnt);pthread_create(&ptid2,NULL,add2,&cnt);pthread_mutex_lock(&(cnt.lock));printf("sum %d\n",cnt.sum);pthread_mutex_unlock(&(cnt.lock));pthread_join(ptid1,NULL);pthread_join(ptid2,NULL);pthread_mutex_destroy(&(cnt.lock));return 0; }

總結

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