线程同步机制之互斥锁

 

 进程间通讯介绍

1、几种进程间的通信方式

# 管道( pipe )：管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。
# 有名管道 (named pipe) ： 有名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信。
# 信号量( semophore ) ： 信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。
# 消息队列( message queue ) ： 消息队列是由消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。
# 信号 ( sinal ) ： 信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。
# 共享内存( shared memory ) ：共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号两，配合使用，来实现进程间的同步和通信。
# 套接字( socket ) ： 套解口也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同及其间的进程通信。

2、互斥锁，是一种信号量，常用来防止两个进程或线程在同一时刻访问相同的共享资源

原子性：把一个互斥量锁定为一个原子操作，这意味着操作系统（或pthread函数库）保证了如果一个线程锁定了一个互斥量，没有其他线程在同一时间可以成功锁定这个互斥量。

唯一性：如果一个线程锁定了一个互斥量，在它解除锁定之前，没有其他线程可以锁定这个互斥量。

非繁忙等待：如果一个线程已经锁定了一个互斥量，第二个线程又试图去锁定这个互斥量，则第二个线程将被挂起（不占用任何cpu资源），直到第一个线程解除对这个互斥量的锁定为止，第二个线程则被唤醒并继续执行，同时锁定这个互斥量。

2.函数说明：

需要的头文件：pthread.h
1）初始化互斥锁

函数原型：int  pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mp, const pthread_mutexattr_t *mattr)

参数说明：mp 互斥锁地址    mattr  属性 通常默认 null

初始化互斥锁之前，必须将其所在的内存清零。

如果互斥锁已初始化，则它会处于未锁定状态。互斥锁可以位于进程之间共享的内存中或者某个进程的专用内存中。

2）锁定互斥锁

函数原型：

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex); #include pthread_mutex_t mutex; int ret; ret = pthread_ mutex_lock(&mp); /* acquire the mutex */

函数说明：

当 pthread_mutex_lock() 返回时，该互斥锁已被锁定。调用线程是该互斥锁的属主。如果该互斥锁已被另一个线程锁定和拥有，则调用线程将阻塞，直到该互斥锁变为可用为止。

如果互斥锁类型为 PTHREAD_MUTEX_NORMAL，则不提供死锁检测。尝试重新锁定互斥锁会导致死锁。如果某个线程尝试解除锁定的互斥锁不是由该线程锁定或未锁定，则将产生不确定的行为。

如果互斥锁类型为 PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK，则会提供错误检查。如果某个线程尝试重新锁定的互斥锁已经由该线程锁定，则将返回错误。如果某个线程尝试解除锁定的互斥锁不是由该线程锁定或者未锁定，则将返回错误。

如果互斥锁类型为 PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE，则该互斥锁会保留锁定计数这一概念。线程首次成功获取互斥锁时，锁定计数会设置为 1。线程每重新锁定该互斥锁一次，锁定计数就增加 1。线程每解除锁定该互斥锁一次，锁定计数就减小 1。 锁定计数达到 0 时，该互斥锁即可供其他线程获取。如果某个线程尝试解除锁定的互斥锁不是由该线程锁定或者未锁定，则将返回错误。

如果互斥锁类型是 PTHREAD_MUTEX_DEFAULT，则尝试以递归方式锁定该互斥锁将产生不确定的行为。对于不是由调用线程锁定的互斥锁，如果尝试解除对它的锁定，则会产生不确定的行为。如果尝试解除锁定尚未锁定的互斥锁，则会产生不确定的行为。

返回值：

pthread_mutex_lock() 在成功完成之后会返回零。其他任何返回值都表示出现了错误。如果出现以下任一情况，该函数将失败并返回对应的值。

EAGAIN：由于已超出了互斥锁递归锁定的最大次数，因此无法获取该互斥锁。

EDEADLK：当前线程已经拥有互斥锁。

3）解除锁定互斥锁

函数原型：

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex); #include pthread_mutex_t mutex; int ret; ret = pthread_mutex_unlock(&mutex); /* release the mutex */

函数说明：pthread_mutex_unlock() 可释放 mutex 引用的互斥锁对象。互斥锁的释放方式取决于互斥锁的类型属性。如果调用 pthread_mutex_unlock() 时有多个线程被 mutex 对象阻塞，则互斥锁变为可用时调度策略可确定获取该互斥锁的线程。对于 PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE 类型的互斥锁，当计数达到零并且调用线程不再对该互斥锁进行任何锁定时，该互斥锁将变为可用。

返回值：pthread_mutex_unlock() 在成功完成之后会返回零。

其他任何返回值都表示出现了错误。如果出现以下情况，该函数将失败并返回对应的值。

EPERM :当前线程不拥有互斥锁。

  

4）使用非阻塞互斥锁锁定

函数原型：

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex); #include pthread_mutex_t mutex; int ret; ret = pthread_mutex_trylock(&mutex); /* try to lock the mutex */

函数说明：pthread_mutex_trylock() 是 pthread_mutex_lock() 的非阻塞版本。如果 mutex 所引用的互斥对象当前被任何线程（包括当前线程）锁定，则将立即返回该调用。否则，该互斥锁将处于锁定状态，调用线程是其属主。

返回值：pthread_mutex_trylock() 在成功完成之后会返回零。其他任何返回值都表示出现了错误。如果出现以下任一情况，该函数将失败并返回对应的值。

EBUSY :

由于 mutex 所指向的互斥锁已锁定，因此无法获取该互斥锁。

EAGAIN：描述:

由于已超出了 mutex 的递归锁定最大次数，因此无法获取该互斥锁。

5）销毁互斥锁

函数原型：

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mp); #include pthread_mutex_t mp; int ret; ret = pthread_mutex_destroy(&mp); /* mutex is destroyed */请注意，没有释放用来存储互斥锁的空间。

返回值：

pthread_mutex_destroy() 在成功完成之后会返回零。其他任何返回值都表示出现了错误。如果出现以下任一情况，该函数将失败并返回对应的值。

EINVAL: mp 指定的值不会引用已初始化的互斥锁对象

 

 

4．饥饿和死锁的情形

当一个互斥量已经被别的线程锁定后，另一个线程调用pthread_mutex_lock()函数去锁定它时，会挂起自己的线程等待这个互斥量被解锁。可能出现以下两种情况：

“饥饿状态”：这个互斥量一直没有被解锁，等待锁定它的线程将一直被挂着，即它请求某个资源，但永远得不到它。用户必须在程序中努力避免这种“饥饿”状态出现。Pthread函数库不会自动处理这种情况。

“死锁”：一组线程中的所有线程都在等待被同组中另外一些线程占用的资源，这时，所有线程都因等待互斥量而被挂起，它们中的任何一个都不可能恢复运行，程序无法继续运行下去。这时就产生了死锁。Pthread函数库可以跟踪这种情形，最后一个线程试图调用pthread_mutex_lock()时会失败，并返回类型为EDEADLK的错误。

 

 

现实中我们有多个线程操作（读写）同一个文件，消息链表的增删改查等操作，必须要通过锁机制来实现同步