##互斥量mutex

前文提到，系統(tǒng)中如果存在資源共享，線程間存在競(jìng)爭(zhēng)，并且沒(méi)有合理的同步機(jī)制的話，會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)混亂的現(xiàn)象。為了實(shí)現(xiàn)同步機(jī)制，Linux中提供了多種方式，其中一種方式為互斥鎖mutex(也稱(chēng)之為互斥量)。

互斥量的具體實(shí)現(xiàn)方式為：每個(gè)線程在對(duì)共享資源操作前都嘗試先加鎖，成功加鎖后才可以對(duì)共享資源進(jìn)行讀寫(xiě)操作，操作結(jié)束后解鎖。

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互斥量不是為了消除競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)際上，資源還是共享的，線程間也還是競(jìng)爭(zhēng)的，只不過(guò)通過(guò)這種“鎖”機(jī)制就將共享資源的訪問(wèn)變成互斥操作，也就是說(shuō)一個(gè)線程操作這個(gè)資源時(shí)，其它線程無(wú)法操作它，從而消除與時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤。

從互斥量的實(shí)現(xiàn)機(jī)制我們可以看出，同一時(shí)刻，只能有一個(gè)線程持有該鎖。如果有同時(shí)有多個(gè)線程持有該鎖，那就沒(méi)有實(shí)際意義了。

但是，這種鎖機(jī)制不是強(qiáng)制的，互斥鎖實(shí)質(zhì)上是操作系統(tǒng)提供的一把“建議鎖”(又稱(chēng)“協(xié)同鎖”)，建議程序中有多線程訪問(wèn)共享資源的時(shí)候使用該機(jī)制。

因此，即使有了mutex，其它線程如果不按照這種鎖機(jī)制來(lái)訪問(wèn)共享數(shù)據(jù)的話，依然會(huì)造成數(shù)據(jù)混亂。所以為了避免這種情況，所有訪問(wèn)該共享資源的線程必須采用相同的鎖機(jī)制。

主要應(yīng)用函數(shù)：

• pthread_mutex_init函數(shù) ​
• pthread_mutex_destroy函數(shù) ​
• pthread_mutex_lock函數(shù) ​
• pthread_mutex_trylock函數(shù) ​
• pthread_mutex_unlock函數(shù)

以上5個(gè)函數(shù)的返回值都是：成功返回0，失敗返回錯(cuò)誤號(hào)。

在Linux環(huán)境下，類(lèi)型pthread_mutex_t其本質(zhì)是一個(gè)結(jié)構(gòu)體。但是為了簡(jiǎn)化理解，應(yīng)用時(shí)可忽略其實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，簡(jiǎn)單當(dāng)成整數(shù)看待。mutex一般以下面方式定義：

pthread_mutex_t mutex; 

變量mutex只有兩種取值1、0。

##pthread_mutex_init函數(shù)

函數(shù)原型：

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t restrict mutex, const pthread_mutexattr_t restrict attr); 

函數(shù)作用：初始化一個(gè)互斥鎖(互斥量)mutex，初值可視為1;

參數(shù)介紹：

• mutex：傳出參數(shù)，調(diào)用時(shí)應(yīng)傳 &mutex給該函數(shù);

這里有個(gè)關(guān)鍵字比較特殊：restrict。它的作用只用于限制指針，告訴編譯器，所有修改該指針指向內(nèi)存中內(nèi)容的操作，只能通過(guò)本指針完成。不能通過(guò)除本指針以外的其他變量或指針修改。比如說(shuō)，再定義個(gè)pthread_mutex_t的指針，將其賦值為mutex的值，想要用它來(lái)修改mutex所指向的內(nèi)存，這是不允許的。

• attr：互斥量屬性。是一個(gè)傳入?yún)?shù)，通常傳NULL，表示使用默認(rèn)屬性(即：線程間共享)。

對(duì)于互斥量mutex的初始化有兩種方式：

• 靜態(tài)初始化：如果互斥鎖 mutex 是靜態(tài)分配的，即：定義為全局變量，或加了static關(guān)鍵字修飾，可以直接使用宏進(jìn)行初始化。e.g. pthead_mutex_t muetx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
• 動(dòng)態(tài)初始化：如果互斥鎖mutex定義為局部變量，則應(yīng)采用動(dòng)態(tài)初始化。e.g. pthread_mutex_init(&mutex, NULL)

##pthread_mutex_destroy函數(shù)

函數(shù)原型：

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex); 

函數(shù)作用：銷(xiāo)毀一個(gè)互斥鎖

pthread_mutex_lock函數(shù)

函數(shù)原型：

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex); 

函數(shù)作用：

• 對(duì)共享資源進(jìn)行加鎖?？衫斫鉃閷utex--(或-1);
• 如果加鎖不成功，則該線程將阻塞，直到持有該互斥量的其他線程解鎖為止。

注意：在訪問(wèn)共享資源前加鎖，訪問(wèn)結(jié)束后立即解鎖。鎖的“粒度”應(yīng)越小越好。

pthread_mutex_unlock函數(shù)

函數(shù)原型：

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex); 

函數(shù)作用：

• 對(duì)共享資源解鎖?？衫斫鉃閷utex ++(或+1);
• 在解鎖的同時(shí)，會(huì)將阻塞在該鎖上的所有線程全部喚醒，至于哪個(gè)線程先被喚醒，取決于優(yōu)先級(jí)、調(diào)度。默認(rèn)情況下：先阻塞的線程會(huì)先被喚醒。

##pthread_mutex_trylock函數(shù)

函數(shù)原型：

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex); 

函數(shù)作用：對(duì)共享資源嘗試加鎖。它與pthread_mutex_lock函數(shù)的區(qū)別是，使用lock函數(shù)對(duì)共享資源進(jìn)行加鎖時(shí)，如果加鎖不成功，則線程就阻塞;而如果使用trylock，則加鎖不成功時(shí)不會(huì)阻塞當(dāng)前線程，而是立即返回一個(gè)值來(lái)描述互斥鎖的狀況。

死鎖：

• 線程試圖對(duì)同一個(gè)互斥量A加鎖兩次。
• 線程1擁有A鎖，請(qǐng)求獲得B鎖;線程2擁有B鎖，請(qǐng)求獲得A鎖

#include <stdio.h> 
#include <unistd.h>#include <stdlib.h>#include <pthread.h>pthread_mutex_t mutex;void *tfn(void *arg) 
{    srand(time(NULL)); 
    while(1) { 
        pthread_mutex_lock(&mutex);        printf("hello ");           // 標(biāo)準(zhǔn)輸出為共享資源 
        sleep(rand() % 3);          // 在此時(shí)會(huì)失去CPU 
        printf("world!\n"); 
        pthread_mutex_unlock(&mutex);        sleep(rand() % 3); 
    }    return NULL; 
}int main(){    pthread_t tid;    int n = 5; 
    srand(time(NULL)); 
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);    pthread_create(&tid, NULL, tfn, NULL);    while(n--) { 
        pthread_mutex_lock(&mutex); 
        printf("HELLO "); 
        sleep(rand() % 3); 
        printf("WORLD!\n"); 
        pthread_mutex_unlock(&mutex); 
        sleep(rand() % 3); 
    } 
    pthread_cancel(tid); 
    pthread_join(tid, NULL); 
    pthread_mutex_destroy(&mutex); 
    return 0; 
}