linux线程同步：互斥锁

女爷i 2022-09-24 13:25 195阅读 0赞

**互斥锁（互斥量）是线程用来同步彼此行为的工具。互斥锁可以帮助线程同步对共享资源的使用，以防如下情况发生：线程某甲试图访问一共享变量时，线程某乙正在对其修改。**

**未避免线程更新共享变量时所出现的问题，必须使用互斥锁来确保同时仅有一个线程可以访问某项共享资源。**

**互斥锁有两种状态：已锁定(locked)和未锁定(unlocked)。任何时候，至多只有一个线程可以锁定该互斥锁。试图对已经锁定的某一互斥量再次加锁，将可能阻塞线程或者报错失败，具体取决于加锁时使用的方法。一旦线程锁定互斥锁，随机成为该互斥锁的所有者，只有所有者才能给互斥锁解锁。**

**互斥锁初始化：**

**互斥锁是属于pthread\_mutex\_t类型的变量，使用之前必须对其初始化。**

**初始化有两种方式：一种是静态赋值法，另一种是动态初始化。**

**静态赋值法只适用于静态分配的互斥量，如静态变量和全局变量定义的方式，且只能赋值普通锁**

**赋值形式：pthread\_mutex\_t mutex= PTHREAD\_MUTEX\_INITIALIZER**

**PTHREAD\_MUTEX\_INITIALIZER是指将互斥锁初始化为普通锁。锁的不同种类在下面会讲到。**

**动态初始化互斥锁是通过pthread\_mutex\_init函数初始化互斥锁，该函数原型如下：**

**int pthread\_mutex\_init(pthread\_mutex\_t\* mutex,const pthread\_mutexattr\_t\* mutexattr);**

**动态初始化互斥锁适用于以下情况：**

**1.动态分配于堆中的互斥锁。**

**2.互斥锁是在栈中分配的自动变量。**

**3.初始化经由静态分配，但不使用默认属性的普通锁**

**以上情况只能用动态初始化函数初始化互斥锁。**

**函数中的参数mutexattr表示互斥锁的属性，如果为NULL则使用默认属性（普通锁）。互斥锁的属性及意义如下：**

**\* PTHREAD\_MUTEX\_TIMED\_NP，这是缺省值，也就是普通锁。当一个线程加锁以后，其余请求锁的线程将形成一个等待队列，并在解锁后按优先级获得锁。这种锁策略保证了资源分配的公平性。  
\* PTHREAD\_MUTEX\_RECURSIVE\_NP，嵌套锁，允许同一个线程对同一个锁成功获得多次，并通过多次unlock解锁。如果是不同线程请求，则在加锁线程解锁时重新竞争。  
\* PTHREAD\_MUTEX\_ERRORCHECK\_NP，检错锁，如果同一个线程请求同一个锁，则返回EDEADLK，否则与PTHREAD\_MUTEX\_TIMED\_NP类型动作相同。这样就保证当不允许多次加锁时不会出现最简单情况下的死锁。  
\* PTHREAD\_MUTEX\_ADAPTIVE\_NP，适应锁，动作最简单的锁类型，仅等待解锁后重新竞争。**

**初始化以后，就可以对互斥锁进行加锁和解锁操作了。**

**锁操作主要包括加锁pthread\_mutex\_lock()、解锁pthread\_mutex\_unlock()和测试加锁 pthread\_mutex\_trylock()三个，不论哪种类型的锁，都不可能被两个不同的线程同时得到，而必须等待解锁。**

**加锁：**

**int pthread\_mutex\_lock(pthread\_mutex\_t \*mutex)  
int pthread\_mutex\_trylock(pthread\_mutex\_t \*mutex)**

**用pthread\_mutex\_lock()加锁时，如果mutex已经被锁住，当前尝试加锁的线程就会阻塞，直到互斥锁被其他线程释放。  
pthread\_mutex\_trylock()语义与pthread\_mutex\_lock()类似，不同的是在锁已经被占据时返回EBUSY而不是挂起等待。**

**解锁：**

**int pthread\_mutex\_unlock(pthread\_mutex\_t \*mutex)**

**解锁时要满足两个条件：**

**一是互斥锁必须处于加锁状态，二是调用本函数的线程必须是给互斥锁加锁的进程。**

**摧毁互斥锁：**

**当不再需要经由自动或动态分配的互斥锁时，应使用pthread\_mutex\_destory()将其摧毁。（对于使用PTHREAD\_MUTEX\_INITIALIZER静态初始化的互斥锁，无需调用pthread\_mutex\_destory()）。**

**\#include<pthread.h>**

**int pthread\_mutex\_destory(pthreead\_mutex\_t\* mutex);**

**以下是一个利用互斥锁的一个例子：**

#include <stdio.h>  
    #include <stdlib.h>  
    #include <pthread.h>  
      
    #define THREAD_NUM 3  
    #define REPEAT_NUM 3  
    #define DELAY_TIME_LEVLES 5.0  
      
    pthread_mutex_t mutex;  
      
    void *thread_fun(void *arg)  
    {  
        int no = (int) arg;  
        int delay;  
        int ret,i;  
      
        ret = pthread_mutex_lock(&mutex);  //返回0为成功  
        if(ret)  
        {  
            printf("Thread %d lock failed\n",no);  
            pthread_exit(NULL);  
        }  
      
        for(i=0;i<REPEAT_NUM;i++)  
        {  
            delay = (int)(rand()*DELAY_TIME_LEVELS/(RAND_MAX))+1;  
            sleep(delay);  
            printf("Thread %d: job %d delay = %d\n",no,i,delay);  
        }  
        printf("Thread %d finished\n",no);  
        pthread_exit  
    }  
      
    int main()  
    {  
        pthread_t thread[THREAD_NUM];  
        int i,ret;  
        void *thrd;  
      
        srand(time(NULL));  
      
        pthread_mutex_init(&mutex,NULL);  
      
        for(i=0;i<THREAD_NUM;i++)  
        {  
            ret = pthread_create(&thread[i],NULL,thread_fun,(void *)i);  
            if(ret!=0)  
            {  
                printf("Create %d failed\n",i);  
                exit(ret);  
            }  
        }  
      
        printf("Create thread success!\n Waiting for threads to finish ...\n");  
      
        for(i=0;i<THREAD_NUM;i++)  
        {  
            ret = pthread_join(thread[i],&thrd);  
            pthread_mutex_unlock(&mutex);  
        }  
        pthread_mutex_destroy(&mutex);  
        return 0;  
    }

**死锁现象：**

**死锁 (deallocks)： 是指两个或两个以上的进程（线程）在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程（线程）称为死锁进程（线程）。**

**接下来介绍两个典型死锁现象例子，写程序时应避免此类现象。**

**1.线程发起pthread\_mutex\_lock()后，未解锁再次调用pthread\_mutex\_lock()进行上锁。此时线程会陷入无限等待状态。**

**2.线程A                                                               线程B**

**1.pthread\_mutex\_lock(&mutex1);                   1.pthread\_mutex\_lock(&mutex2);**

**2.pthread\_mutex\_lock(&mutex2);                   2.pthread\_mutex\_lock(&mutex1);**

**这两个线程中的每个线程都成功地锁住一个互斥量，接着试图对己为另一个线程锁定的互斥量加锁。两个线程将无限期地等待下去。**

**要避免此类死锁问题，最简单的方法是定义互斥量的层次关系。当多个线程对一组互斥量操作时，总是应该以相同的顺序对该组互斥量进行锁定。**