读写锁 与 互斥锁

Posted 2021-01-09 pjl1119

相交进程之间的关系主要有两种，同步与互斥。
所谓互斥，是指散步在不同进程之间的若干程序片断，当某个进程运行其中一个程序片段时，其它进程就不能运行它 们之中的任一程序片段，只能等到该进程运行完这个程序片段后才可以运行。
所谓同步，是指散步在不同进程之间的若干程序片断，它们的运行必须严格按照规定的 某种先后次序来运行，这种先后次序依赖于要完成的特定的任务。
　　显然，同步是一种更为复杂的互斥，而互斥是一种特殊的同步。
　　也就是说互斥是两个线程之间不可以同时运行，他们会相互排斥，必须等待一个线程运行完毕，另一个才能运行，而同步也是不能同时运行，但他是必须要安照某种次序来运行相应的线程（也是一种互斥）！
　　
总结：互斥：是指某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问，具有唯一性和排它性。但互斥无法限制访问者对资源的访问顺序，即访问是无序的。
　　同步：是指在互斥的基础上（大多数情况），通过其它机制实现访问者对资源的有序访问。在大多数情况下，同步已经实现了互斥，特别是所有写入资源的情况必定是互斥的。少数情况是指可以允许多个访问者同时访问资源。

读写锁特点：

1）多个读者可以同时进行读

2）写者必须互斥（只允许一个写者写，也不能读者、写者同时进行）

3）写者优先于读者（一旦有写者，则后续读者必须等待，唤醒时优先考虑写者）

 

互斥锁特点：

  一次只能一个线程拥有互斥锁，其他线程只有等待

 

互斥锁

pthread_mutex_init()
pthread_mutex_lock()
pthread_mutex_unlock()

 

 读写锁

pthread_rwlock_init()
pthread_rwlock_rdlock()
pthread_rwlock_wrlock()
pthread_rwlock_unlock()

 

 条件变量

pthread_cond_init()
pthread_cond_wait()
pthread_cond_signal()

 

条件变量(Condtion Variable)是在多线程程序中用来实现“等待->唤醒”逻辑常用的方法。

举个简单的例子，应用程序A中包含两个线程t1和t2。t1需要在bool变量test_cond为true时才能继续执行，而test_cond的值是由t2来改变的，这种情况下，如何来写程序呢？可供选择的方案有两种：

第一种是t1定时的去轮询变量test_cond，如果test_cond为false，则继续休眠；如果test_cond为true，则开始执行。 第二种就是上面提到的条件变量，t1在test_cond为false时调用cond_wait进行等待，t2在改变test_cond的值后，调用cond_signal，唤醒在等待中的t1，告诉t1 test_cond的值变了，这样t1便可继续往下执行。

      很明显，上面两种方案中，第二种方案是比较优的。在第一种方案中，在每次轮询时，如果t1休眠的时间比较短，会导致cpu浪费很厉害；如果t1休眠的时间比较长，又会导致应用逻辑处理不够及时，致使应用程序性能下降。第二种方案就是为了解决轮询的弊端而生的。然而条件变量在使用的过程中，比较容易出错，如何用得不正确的话，会适得其反的，接下来，我将详细分析如何来使用条件变量，希望能够给在使用条件变量过程中遇到问题的朋友有所帮助。
      在开始介绍之前，需要说明一下，在接下来的介绍中，需要用到互斥锁和条件变量相关的内容，在这里我以Linux下的pthread_mutex_t为互斥锁类型，pthread_cond_t为条件变量类型来进行介绍，对pthread不熟的朋友，可以参考一下linux下的manual。
      1. 下面是把刚开始举的例子翻译后的程序：

pthread_mutex_t mutex; ///< 互斥锁
 
pthread_cond_t cond; ///< 条件变量
 
bool test_cond = false;
 
/// TODO 初始化mutex和cond
 
 
/// thread 1:
 
pthread_mutex_lock(&mutex); ///< 1
 
while (!test_cond)
 
{
 
pthread_cond_wait(&cond, &mutex); ///< 2,3
 
}
 
pthread_mutex_unlock(&mutex); ///< 4
 
RunThread1Func();
 
 
/// thread 2:
 
pthread_mutex_lock(&mutex); ///< 5
 
test_cond = true;
 
pthread_cond_signal(&cond);
 
pthread_mutex_unlock(&mutex); ///< 6
 
 
/// TODO 销毁mutex和cond

 

      通过上面的例子，下面我来介绍一下条件变量在使用过程中需要注意的几点（也是比较容易出错的）：
      （1）条件变量的使用过程中，最为关键的一点是互斥锁的使用。细心的朋友应该发现了，我在上面的例子中标了1、2、3、4、5、6个标号。在这里1、4、5、6都是正常的lock/unlock，2、3是需要特别说明的。2是进入pthread_cond_wait后的，pthread_cond_wait调的pthread_mutex_unlock，这样做的目的是为了保证在thread1阻塞wait后，thread2获取同一把锁mutex的时候，能够正常获取（即5，6）。3是thread1被唤醒后，要退出pthead_cond_wait之前，pthread_cond_wait调的pthread_mutex_lock，这样做的目的是为了把mutex的控制权还给调用pthread_cond_wait的线程（即thread1）。整理一下基本的时序为：

thread 1 lock->thread 1 wait-> thread 1 unlock(in wait)
 
->thread 2 lock->thread 2 signal->thread 2 unlock
 
->thread 1 lock(in wait)->thread 1 unlock

 

      （2）条件变量使用的过程中，通常会加一个bool或者int的值test_cond来配合使用。这里需要注意的一点是一定要在signal之前来改变test_cond，这样才能保证wait的线程被唤醒后，能够取到正确的test_cond的值，否则后果是不可预测的。