从锁的角度理解线程

1.锁的本质

线程中，同步与互斥无疑是核心，看完了APUE的线程部分，有一些小小的理解，有必要记录下来。

锁的引入是为了保证同一时间片，只能有一个线程操作“被锁”的变量。而实际常用的锁（mutex，互斥量）则是通过阻塞函数实现的。

但是事实上，锁并不是如上面描述的那样，直接加在变量上，使得变量不会被改变。（这种实现，需要锁住内存吧），我们用的mutex其实是提供一个阻塞的变量，一切加锁、解锁的操作，都是针对这个“锁变量”，而不是我们想要保护的变量的。

这样看来，锁就很形象了，在变量外面加一个盒子，盒子可以被锁上、被打开！

因此，使用锁时，实际上是按照一定的规则，来使用变量：如果我不将变量放在盒子里，那么即使盒子锁上了，变量还是没有加锁的效果。就是这么简单。

所以锁的使用的前提是，按照规则来定义锁后的行为。只有“变量装在盒子里”这种行为才是能够给变量赋予锁属性的

2.令人迷惑的读写锁

第11章有一节讲的是读写锁，这个读写的描述真的是有些误导了。

开始读的时候，一直觉得加上rdlock后就不能被读了（因为我一度错误的认为锁有禁止内存被访问的神奇功能），但实际上，后来我想通了之后却发现：

这完全和读写没关系啊！

读写锁，其实就是两个锁共用一个unlock函数。假设你不遵守规则，在全部的rdlock后进行写操作、在全部的wr操作后进行读操作，那么这时候读锁起得是写锁的功能！写锁实际上起得的读锁的功能！

锁的实际意义仅仅和锁后的行为有关，读写锁这个概念实际上已经约定了：读锁后必须不是更改数据的操作，写锁后应该是更改数据的操作。

还是上面的理解让这一切变得简单，锁需要按照规则来访问变量，锁本身才有意义！



基于这个理解，读写锁就是一个二元锁，完全可以根据需要定义一个N元锁。我用C++实现了一个这样的class。

3.pthread核心函数：create和join

pthread，线程，在使用的时候，往往都是create，然后在某处join回收它。

pthread_join是阻塞的，这一点让人很自然的联想到锁的实现！

完全可以这样理解：

pthread_create在函数的开始，创建了一个匿名锁，然后将其锁住；

而pthread_join，与create共享这个匿名锁，在调用join的时候，调用pthread_mutex_lock来获得这个锁；

直到create传入的函数指针执行完毕，返回，create才会进行unlock操作，

这时候，主线程中被阻塞的join函数终于获取了锁的控制，然后进行一系列线程销毁操作，至此，这个线程的流程完毕。



使用join很直观，并且还可以获得返回值，但是有一个缺点，那就是因为阻塞的特性，导致必须按顺序获得各个线程的匿名锁。从时间上来看，如果某个线程需要很长的时间，但是这个线程的join却排在第一个，那么后面的全部线程，都被堵住了。我们浪费了在这个线程阻塞期间的时间片。barrier就是一个批量的join策略

4.屏障barrier

barrier和锁又有什么关系呢？

使用barrier，首先要定义一个全局的（必须保证在线程函数中可以访问）pthread_barrier_t的变量。然后调用初始化函数init，接下来在线程函数中都调用barrier的wait函数。

这个过程，是不是就像一个多元锁呢？

我们首先在init给出锁的数量，pthread_barrier_init(&pthread_barrier_t,NULL,3)就是定义了一个3元锁，并且将其中全部的锁都锁上；

除了这三个子锁之外，barrier内部还有一个额外的锁，暂且叫做总锁吧。它初始时是锁住的，只有在所有的子锁都解开时，才会解开。



然后，每个线程末尾的pthread_barrier_wait函数，实际进行的就是解锁操作：

[b] 1 - 在wait被执行时，首先从子锁池里拿出一个子锁，然后把它解开，之后尝试继续执行，但是因为总锁还是锁着的，因此被阻塞

[/b]

[b] 2 - 在所有的子锁被解开后，总锁被解锁，所有的子锁通道这时候都畅通了，该销毁的销毁该收尾的收尾。一切重新继续。

[/b]



有了这个认识，我们完全可以脱离barrier的范围，针对各种不同功能的子线程，在不同的位置设置同步节点。

这比join还需要获得进程ID的方式方便的多，用几把锁，create这些简单的函数，就能实现线程的同步！

5.锁，如何实现？

锁的特性是阻塞，这个问题就变成了，如何实现一个阻塞函数？

[b] 关键词：时间片调度。

[/b]

这里涉及内核知识我不是很明白，不敢妄言。但是在此给出用程序实现阻塞函数的思路.

1: while循环

[b] 很简单的思路，一个while循环反复轮转，检查需要关注的变量是否符合条件。比如：

[/b]

[b][b] [b] while(mutex==1){}; mutex =1;[/b][/b][/b]

[b][b][b][b] ......

[/b][/b][/b][/b]

[b][b][b][b][b] mutex = 0;

[/b][/b][/b][/b][/b]

[b][b][b][b] 这就完成了对这个mutex的获取（while中不断检查），然后加锁操作（再次=1），在用完锁之后，将锁释放.

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[b][b][b][b][b] 2: 上面的while循环是有缺陷的，因为不断在检查，所以不断在占用CPU时间片。（monitor中，while循环时CPU占用会达到100%）

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[b][b][b][b][b] 所以，也可以usleep()一段时间，这样会略微减少消耗的资源。

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[b][b][b][/b][/b][/b]

[b][b][b][b][b] 更高级的实现可不只这么简单！目前还不懂。

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