互斥锁- pthread_mutex

Posted 2021-03-06 blackandwhite

一. 什么是互斥锁

 　　计算机中，当多个进程或者线程共享一个临界区（例如：共享内存空间或者全局变量），如果仅对该临界区读取，不进行内容修改，即使同时多次读取都是没有问题的。

但是，当我们需要修改临界区内的内容时，我们就必须面对一个情况：同时有多个操作对临界区的内容进行修改，在操作完后，保留的是那一次操作的结果？为了解决这个

问题，可以规定对临界区的修改操作，同时最多只能有一个来修改。程序中实现的方法之一就是互斥锁。

　　互斥锁，具有三个特点：

　　（i）原子性：把一个互斥锁定义为一个原子操作，这意味着操作系统保证了如果一个线程锁定了互斥锁，则没有其他线程可以在同一时间成功锁定这个互斥量。

　　（ii）唯一性：如果一个线程锁定一个互斥量，在它接触锁定之前，没有其他线程可以锁定这个互斥量。

　　（III）非繁忙等待：如果一个线程已经锁定了一个互斥锁，第二个线程又试图去锁定这个互斥锁，则第二个线程将被挂起（不占用CPU资源），直到第一个线程解锁，

第二个线程则被唤醒并继续执行，同时锁定这个互斥量。

　　简单的理解，就是，很多人需要竞争一把唯一的锁，抢到的人就获得了许可证，对临界区进行操作，其他人只能等待。操作完后，释放锁后，大家继续竞争。

二. 互斥锁API

#inlcude <pthread.h>

pthread_mutex_t  mutex;   //定义互斥锁

 

 

　　1. 创建

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t * mutex, const pthread_mutexattr_t * attr);  // 成功返回0，失败返回错误码

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

 

　　2. 获取

// 竞争锁，竞争不到就阻塞，等待锁释放后，再次竞争
int  pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t * mutex); 

// 尝试竞争锁，竞争成功就返回0，如果锁已经被其他线程获取，返回错误码EBUSY；
// 不管是否竞争成功，都会立即返回，不会阻塞等待
int  pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t * mutex); 

// 限时竞争锁， 时间为绝对时间，
// 想要设定限制时间，先用函数clock_gettime获取当前时间，该时间加上要设定的时间，作为参数abs_timeout的值
int  pthread_mutex_timedlock(pthread_mutex_t * mutex, const struct timespec * abs_timeout);

 

 

　　3. 释放

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t * mutex); //释放互斥锁， 成功返回0，失败返回错误码

　　

　　4. 销毁

int  pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t  * mutex);  //成功返回0，失败返回错误码数

　　

注意：

1、互斥量需要时间来加锁和解锁。锁住较少互斥量的程序通常运行得更快。所以，互斥量应该尽量少，够用即可，每个互斥量保护的区域应则尽量大。
2、互斥量的本质是串行执行。如果很多线程需要频繁地加锁同一个互斥量，则线程的大部分时间就会在等待，这对性能是有害的。如果互斥量保护的数据(或代码)包含

彼此无关的片段，则可以特大的互斥量分解为几个小的互斥量来提高性能。这样，任意时刻需要小互斥量的线程减少，线程等待时间就会减少。所以，互斥量应该足够多

(到有意义的地步)，每个互斥量保护的区域则应尽量的少。
3、POSIX线程锁机制的Linux实现都不是取消点，因此，延迟取消类型的线程不会因收到取消信号而离开加锁等待。
4、线程在加锁后解锁前被取消，锁将永远保持锁定状态。因此如果在关键区段内有取消点存在，或者设置了异步取消类型，则必须在退出回调函数中解锁。
5、锁机制不是异步信号安全的，也就是说，不应该在信号处理过程中使用互斥锁，否则容易造成死锁。