線程同步與互斥——互斥鎖

瀏覽博客時發現一篇博客寫的不錯就轉載了一下，原博客網址：http://blog.csdn.net/tennysonsky/article/details/46494077

爲何須要互斥鎖？

在多任務操做系統中，同時運行的多個任務可能都須要使用同一種資源。這個過程有點相似於，公司部門裏，我在使用着打印機打印東西的同時（尚未打印完），別人恰好也在此刻使用打印機打印東西，若是不作任何處理的話，打印出來的東西確定是錯亂的。

下面咱們用程序模擬一下這個過程，線程一須要打印「 hello 」，線程二須要打印「 world 」，不加任何處理的話，打印出來的內容會錯亂：

[cpp] view plain copy

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

// 打印機
void printer(char *str)
{
    while(*str!='\0')
    {
        putchar(*str);
        fflush(stdout);
        str++;
        sleep(1);
    }
    printf("\n");
}

// 線程一
void *thread_fun_1(void *arg)
{
    char *str = "hello";
    printer(str); //打印
}

// 線程二
void *thread_fun_2(void *arg)
{
    char *str = "world";
    printer(str); //打印
}

int main(void)
{
    pthread_t tid1, tid2;

    // 建立 2 個線程
    pthread_create(&tid1, NULL, thread_fun_1, NULL);
    pthread_create(&tid2, NULL, thread_fun_2, NULL);

    // 等待線程結束，回收其資源
    pthread_join(tid1, NULL);
    pthread_join(tid2, NULL);

    return 0;
}

運行結果以下：

實際上，打印機是有作處理的，我在打印着的時候別人是不容許打印的，只有等我打印結束後別人才容許打印。這個過程有點相似於，把打印機放在一個房間裏，給這個房間安把鎖，這個鎖默認是打開的。當 A 須要打印時，他先過來檢查這把鎖有沒有鎖着，沒有的話就進去，同時上鎖在房間裏打印。而在這時，恰好 B 也須要打印，B 一樣先檢查鎖，發現鎖是鎖住的，他就在門外等着。而當 A 打印結束後，他會開鎖出來，這時候 B 才進去上鎖打印。

而在線程裏也有這麼一把鎖——互斥鎖（mutex），互斥鎖是一種簡單的加鎖的方法來控制對共享資源的訪問，互斥鎖只有兩種狀態,即上鎖( lock )和解鎖( unlock )。

互斥鎖的操做流程以下：

1）在訪問共享資源後臨界區域前，對互斥鎖進行加鎖。

2）在訪問完成後釋放互斥鎖導上的鎖。

3）對互斥鎖進行加鎖後，任何其餘試圖再次對互斥鎖加鎖的線程將會被阻塞，直到鎖被釋放。

互斥鎖的數據類型是： pthread_mutex_t。

互斥鎖基本操做

如下函數須要的頭文件：

#include <pthread.h>

1）初始化互斥鎖

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

功能：

初始化一個互斥鎖。

參數：

mutex：互斥鎖地址。類型是 pthread_mutex_t 。
attr：設置互斥量的屬性，一般可採用默認屬性，便可將 attr 設爲 NULL。

可使用宏 PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER 靜態初始化互斥鎖，好比：

pthread_mutex_t  mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

這種方法等價於使用 NULL 指定的 attr 參數調用  pthread_mutex_init () 來完成動態初始化，不一樣之處在於  PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER  宏不進行錯誤檢查。

返回值：

成功：0，成功申請的鎖默認是打開的。

失敗：非 0 錯誤碼

2）上鎖

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

功能：

對互斥鎖上鎖，若互斥鎖已經上鎖，則調用者一直阻塞，直到互斥鎖解鎖後再上鎖。

參數：

mutex：互斥鎖地址。

返回值：

成功：0

失敗：非 0 錯誤碼

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);

調用該函數時，若互斥鎖未加鎖，則上鎖，返回 0；若互斥鎖已加鎖，則函數直接返回失敗，即 EBUSY。

3）解鎖

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t * mutex);

功能：

對指定的互斥鎖解鎖。

參數：

mutex：互斥鎖地址。

返回值：

成功：0

失敗：非 0 錯誤碼

4）銷燬互斥鎖

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

功能：

銷燬指定的一個互斥鎖。互斥鎖在使用完畢後，必需要對互斥鎖進行銷燬，以釋放資源。

參數：

mutex：互斥鎖地址。

返回值：

成功：0

失敗：非 0 錯誤碼

互斥鎖應用實例

咱們經過互斥鎖完善上面的例子，示例代碼以下：

[cpp] view plain copy

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

pthread_mutex_t mutex; //互斥鎖

// 打印機
void printer(char *str)
{
    pthread_mutex_lock(&mutex); //上鎖
    while(*str!='\0')
    {
        putchar(*str);
        fflush(stdout);
        str++;
        sleep(1);
    }
    printf("\n");
    pthread_mutex_unlock(&mutex); //解鎖
}

// 線程一
void *thread_fun_1(void *arg)
{
    char *str = "hello";
    printer(str); //打印
}

// 線程二
void *thread_fun_2(void *arg)
{
    char *str = "world";
    printer(str); //打印
}

int main(void)
{
    pthread_t tid1, tid2;

    pthread_mutex_init(&mutex, NULL); //初始化互斥鎖

    // 建立 2 個線程
    pthread_create(&tid1, NULL, thread_fun_1, NULL);
    pthread_create(&tid2, NULL, thread_fun_2, NULL);

    // 等待線程結束，回收其資源
    pthread_join(tid1, NULL);
    pthread_join(tid2, NULL);

    pthread_mutex_destroy(&mutex); //銷燬互斥鎖

    return 0;
}

運行結果以下：