互斥量--linux多线程的运用

一、什么是互斥量

互斥量是另一种用于多线程中的同步访问方法，它允许程序锁住某个对象，使得每次只能有一个线程访问它。

二、linux下的互斥量函数

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *mutexattr);

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex); </span>

它们的意义就如它们的名字所示的那样，分别是初始化一个互斥量、对一个互斥量上锁、对一个互斥量解锁。成功时返回0，失败时返回错误代码，它们并不设置errno。

pthread_mutex_init函数中的参数mutexattr指定互斥量的属性，在这里我们并不关心互斥量的属性，所以把它设置为NULL，使用默认属性即可。同样的，pthread_mutex_lock和pthread_mutex_unlock都是原子操作，如果一个线程调用pthread_mutex_lock试图锁住互斥量，而该互斥量，又被其他线程锁住（占用），则该线程的pthread_mutex_lock调用就会阻塞，直到其他线程对该互斥量进行解锁，该线程才能获得该互斥量，pthread_mutex_lock调用才会返回。

注意，使用互斥量的默认属性，如果程序试图对一个已经加锁的互斥量调用pthread_mutex_lock，程序就会阻塞，而又因为拥有互斥量的这个线程正是现在被阻塞的线程，所以这个互斥量就永远不会被解锁，也就是说，程序就会进入死锁的状态。在使用时要多加注意，确保在同一个线程中，对加锁的互斥再次进行加锁前要对其进行解锁。

三、一个简单例子的运用。

本例程中，进程含有两个线程，两个线程分别通过lock和unlock互斥量来相互制约运行，代码如下：

<span style="font-size:18px;">#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>

void *thread_function(void *arg);//线程函数
pthread_mutex_t work_mutex;      //定义一个互斥量

#define WORK_SIZE 1024
char work_area[WORK_SIZE];
int time_to_exit = 0;
int num=0;

int main() {
int res;
pthread_t a_thread;
void *thread_result;
res = pthread_mutex_init(&work_mutex, NULL);
if (res != 0) {
perror("Mutex initialization failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
res = pthread_create(&a_thread, NULL, thread_function, NULL);
if (res != 0) {
perror("Thread creation failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
pthread_mutex_lock(&work_mutex);
printf("lock1\n");
sleep(1);
pthread_mutex_unlock(&work_mutex);
printf("unlock1\n");
sleep(1);

pthread_mutex_lock(&work_mutex);
printf("lock2\n");
sleep(1);
pthread_mutex_unlock(&work_mutex);
printf("unlock2\n");
sleep(1);
pthread_mutex_lock(&work_mutex);

printf("finsh\n");
pthread_mutex_destroy(&work_mutex);

exit(EXIT_SUCCESS);
}

void *thread_function(void *arg) {
while(num<2)
{
pthread_mutex_lock(&work_mutex);
printf("num=%d\n",++num);
printf("wait...");
sleep(5);
pthread_mutex_unlock(&work_mutex);
sleep(1);
}
pthread_exit(0);
}
</span>

程序运行结果如下：



例程解析：
（1）.程序（主线程）首先通过pthread_mutex_init函数创建了一个work_mutex互斥量，接着又创建一个thread_function线程，并且thread_function线程一创建后，就进行pthread_mutex_lock互斥量，所以除非主线程有解锁动作（pthread_mutex_unlock），不然thread_function线程就一直停留在此来等待获得锁资源。我们通过主线程和子线程来回解锁两次来观察互斥量的运用，因此设了一个全局变量num来观察。
（2）.程序（主线程）创建完thread_function线程后，立马锁将work_mutex互斥量锁住，因此由（1）分析，thread_function线程停留在pthread_mutex_lock(&work_mutex)语句。因此程序（主线程）继续运行打印出lock1，程序（主线程）打印完lock1后，通过pthread_mutex_unlock将互斥量进行解锁，并紧接着打印出unlock1，然后sleep一段时间，这里sleep一段时间，主要是为了给thread_function线程有足够时间获得锁资源。由于程序（主线程）将互斥量解锁释放了，则thread_function线程获得锁资源，因此thread_function线程开始执行，打印出num值，和wait...，并通过sleep停止5s钟。
（3）.thread_function线程开始打印出num值至sleep(5)后这段时间，程序（主线程）运行到pthread_mutex_lock(&work_mutex)语句，由于这个时候的锁资源被thread_function线程获得，因此程序（主线程）一直停留在此处，等待获得锁资源。
（4）.当thread_function线程sleep(5)后，执行pthread_mutex_unlock(&work_mutex)，将锁资源释放然后sleep一段时间，这里sleep一段时间，主要是为了给程序（主线程）有足够时间获得锁资源，则这时程序（主线程）获得锁资源继续运行，而thread_function线程又执行到pthread_mutex_lock(&work_mutex)语句，由于此时锁资源被程序（主线程）获得，所以thread_function线程又停留到此处。
（5）.接下去反复（3）、（4）步骤，直至打印出finsh。