多线程-锁的类型

锁的类型

根据完成任务所需要的结构不同，一个应用程序可能会使用多种不同类型的锁原语，因此，开发人员必须避免在一个给定任务中混淆这些锁原语，尤其在使用第三方提供的库时需要格外小心。假设在一个应用程序中，资源R依赖于第三方提供的库，并且在该库中资源R使用L型锁作为同步原语。此时，若开发者需要在应用程序中对资源R使用锁原语，则必须也使用L而不是其他类型的锁原语。接下来的部分将介绍不同类型的锁，并详细说明它们的用途。

互斥量（Mutex）  互斥量是实现最简单的锁类型，因此有一些教科书一般以互斥量为例对锁原语进行描述。互斥量的释放并不仅仅依赖于释放操作，还可以引入一个定时器属性。如果在释放操作执行前发生定时器超时，则互斥量也会释放代码块或共享存储区供其他线程访问。当有异常发生时，可使用try-finally语句来确保互斥量被释放。定时器状态或try-finally语句的使用可以避免产生死锁。

递归锁（Recursive Lock）  递归锁是指可以被当前持有该锁的线程重复获取，而不会导致该线程产生死锁的锁类型。对递归锁而言，只有在当前持有线程的获取锁操作都有一个释放操作与之对应时，其他线程才可以获取该锁。因此，在使用递归锁时，必须要用足够的释放锁操作来平衡获取锁操作，实现这一目标的最佳方式是在单入口单出口代码块的两头一一对应地使用获取、释放操作，做法和在普通锁中一样。递归锁在递归函数中最有用。但是，总的来说，递归锁比非递归锁速度要慢。需要注意的是：调用线程获得几次递归锁必须释放几次递归锁。
图4-10给出了一个递归锁的使用范例。

Recursive_Lock L

void recursiveFunction (int count) {

L->acquire()

if (count > 0) {

count = count - 1;

recursiveFunction(count);

}

L->release();

}

图4-10  递归锁使用范例

读写锁（Read-Write lock） 读写锁又称为共享独占锁（shared-exclusive lock）、多读单写锁（multiple-read/single-write lock）或者非互斥信号量（non-mutual exclusion semaphore）。读写锁允许多个线程同时进行读访问，但是在某一时刻却最多只能由一个线程执行写操作。对于多个线程需要同时读共享数据却并不一定进行写操作的应用来说，读写锁是一种高效的同步机制。对于较长的共享数据，只为其设置一个读写锁会导致较长的访问时间，最好将其划分为多个小段并设置多个读写锁以进行同步。

旋转锁（Spin Lock） 旋转锁是一种非阻塞锁，由某个线程独占。采用旋转锁时，等待线程并不静态地阻塞在同步点，而是必须“旋转”，不断尝试直到最终获得该锁。旋转锁多用于多处理器系统中。这是因为，如果在单核处理器中采用旋转锁，当一个线程正在“旋转”时，将没有执行资源可供另一释放锁的线程使用。旋转锁适合于任何锁持有时间少于将一个线程阻塞和唤醒所需时间的场合。线程控制的变更，包括线程上下文的切换和线程数据结构的更新，可能比旋转锁需要更多的指令周期。旋转锁的持有时间应该限制在线程上下文切换时间的50%到100%之间（Kleiman，1996年）。在线程调用其他子系统时，线程不应持有旋转锁。对旋转锁的不当使用可能会导致线程饿死，因此需谨慎使用这种锁机制。旋转锁导致的饿死问题可使用排队技术来解决，即每个等待线程按照先进先出的顺序或者队列结构在一个独立的局部标识上进行旋转