互斥量mutex

Linux中提供一把互斥锁mutex（也称之为互斥量）。

每个线程在对资源操作前都尝试先加锁，成功加锁才能操作，操作结束解锁。

资源还是共享的，线程间也还是竞争的，但通过“锁”就将资源的访问变成互斥操作，而后与时间有关的错误也不会再产生了。



但，应注意：同一时刻，只能有一个线程持有该锁。

当A线程对某个全局变量加锁访问，B在访问前尝试加锁，拿不到锁，B阻塞。C线程不去加锁，而直接访问该全局变量，依然能够访问，但会出现数据混乱。

所以，互斥锁实质上是操作系统提供的一把“建议锁”（又称“协同锁”），建议程序中有多线程访问共享资源的时候使用该机制。但，并没有强制限定。

因此，即使有了mutex，如果有线程不按规则来访问数据，依然会造成数据混乱。

主要应用函数：

pthread_mutex_init
pthread_mutex_destroy
pthread_mutex_lock
pthread_mutex_trylock
pthread_mutex_unlock

以上5个函数的返回值都是：成功返回0， 失败返回错误号。

pthread_mutex_t 类型，其本质是一个结构体。为简化理解，应用时可忽略其实现细节，简单当成整数看待。

pthread_mutex_t mutex; 变量mutex只有两种取值1、0。

pthread_mutex_init函数

初始化一个互斥锁(互斥量) —> 初值可看作1

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

参1：传出参数，调用时应传 &mutex

restrict关键字：只用于限制指针，告诉编译器，所有修改该指针指向内存中内容的操作，只能通过本指针完成。不能通过除本指针以外的其他变量或指针修改

参2：互斥量属性。是一个传入参数，通常传NULL，选用默认属性(线程间共享)。 参APUE.12.4同步属性

pthead_mutex_t muetx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

静态初始化：如果互斥锁 mutex 是静态分配的（定义在全局，或加了static关键字修饰），可以直接使用宏进行初始化。

pthread_mutex_init(&mutex, NULL)

动态初始化：局部变量应采用动态初始化。

pthread_mutex_destroy函数

销毁一个互斥锁

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

pthread_mutex_lock函数

加锁。可理解为将mutex–（或-1）

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

pthread_mutex_unlock函数

解锁。可理解为将mutex ++（或+1）

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

pthread_mutex_trylock函数

尝试加锁

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);

加锁与解锁

lock与unlock：

lock尝试加锁，如果加锁不成功，线程阻塞，阻塞到持有该互斥量的其他线程解锁为止。

unlock主动解锁函数，同时将阻塞在该锁上的所有线程全部唤醒，至于哪个线程先被唤醒，取决于优先级、调度。默认：先阻塞、先唤醒。

例如：T1 T2 T3 T4 使用一把mutex锁。T1加锁成功，其他线程均阻塞，直至T1解锁。T1解锁后，T2 T3 T4均被唤醒，并自动再次尝试加锁。

可假想mutex锁 init成功初值为1。 lock 功能是将mutex–。 unlock将mutex++

lock与trylock：

lock加锁失败会阻塞，等待锁释放。

trylock加锁失败直接返回错误号（如：EBUSY），不阻塞。

加锁步骤测试：

看如下程序：该程序是非常典型的，由于共享、竞争而没有加任何同步机制，导致产生于时间有关的错误，造成数据混乱：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

void *tfn(void *arg)
{
srand(time(NULL));
while (1)
{

printf("hello ");
sleep(rand() % 3);  /*模拟长时间操作共享资源，导致cpu易主，产生与时间有关的错误*/
printf("world\n");
sleep(rand() % 3);
}
return NULL;
}
int main(void)
{
pthread_t tid;
srand(time(NULL));
pthread_create(&tid, NULL, tfn, NULL);
while (1)
{
printf("HELLO ");
sleep(rand() % 3);
printf("WORLD\n");
sleep(rand() % 3);
}
pthread_join(tid, NULL);
return 0;
}

定义全局互斥量，初始化init(&m, NULL)互斥量，添加对应的destry

两个线程while中，两次printf前后，分别加lock和unlock

将unlock挪至第二个sleep后，发现交替现象很难出现。

线程在操作完共享资源后本应该立即解锁，但修改后，线程抱着锁睡眠。睡醒解锁后又立即加锁，这两个库函数本身不会阻塞。

所以在这两行代码之间失去cpu的概率很小。因此，另外一个线程很难得到加锁的机会。

main 中加flag = 5 将flg在while中– 这时，主线程输出5次后试图销毁锁，但子线程未将锁释放，无法完成。

main 中加pthread_cancel()将子线程取消。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

int sum=0;

void *thr1(void *arg)
{
while(1)
{
//先上锁
pthread_mutex_lock(&mutex);//加锁当有线程已经加锁的时候会阻塞
printf("hello");
sleep(rand()%3);
printf("world\n");
//释放锁
pthread_mutex_unlock(&mutex);
sleep(rand()%3);
}
}

void *thr2(void *arg)
{
while(1)
{

pthread_mutex_lock(&mutex);
printf("HELLO");
sleep(rand()%3);
printf("WORLD\n");

pthread_mutex_unlock(&mutex);
sleep(rand()%3);
}
}

int main()
{
pthread_t tid[2];
pthread_create(&tid[0],NULL,thr1,NULL);
pthread_create(&tid[1],NULL,thr2,NULL);

pthread_join(tid[0],NULL);
pthread_join(tid[1],NULL);
return 0;
}

结论：

在访问共享资源前加锁，访问结束后立即解锁。锁的“粒度”应越小越好。

实例程序：

https://github.com/963375877/threadsynchronization