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【Linux多线程编程】4. 线程锁(1)——互斥锁
阅读量:472 次
发布时间:2019-03-06

本文共 2371 字,大约阅读时间需要 7 分钟。

前言

线程程序中,共享资源的访问需要线程同步。线程同步的常用方法之一是互斥锁。通过使用互斥锁,可以确保同一时间只有一个线程能够访问共享资源,从而避免竞态条件引发的逻辑错误。本文将详细介绍互斥锁的使用方法。

互斥锁

互斥锁是一种线程同步机制,它通过确保只有一条线程能够在任何时刻持有锁,从而保证共享资源的安全访问。传统的互斥锁机制类似于厕所门:当一条线程进入锁区域时,其他线程必须等待,直到当前线程释放锁为止。

使用互斥锁的步骤分为四个关键环节:

1. 创建并初始化互斥锁:通过调用pthread_mutex_init函数创建锁实例。

2. 加锁:使用pthread_mutex_lock函数对锁进行加锁操作。

3. 解锁:在访问共享资源完成后,调用pthread_mutex_unlock函数释放锁。

4. 销售锁资源:当锁不再使用时,通过pthread_mutex_destroy函数回收锁资源。

创建互斥锁

互斥锁在程序中通常用pthread_mutex_t类型表示。例如:

pthread_mutex_t mutex;

这行代码创建了一个名为mutex的互斥锁实例。需要注意的是,目前这个锁还没有保护任何资源,但随着后续代码的完善,它将被用于保护关键共享资源。

初始化互斥锁

要使用互斥锁,首先必须对其进行初始化。函数pthread_mutex_init用于完成此任务:

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

参数说明:

restrict mutex:指向锁对象的地址,必须使用&mutex进行引用。

restrict attr:指向互斥锁属性结构体的地址,默认值为NULL

加锁与解锁

互斥锁的加锁和解锁操作通过两个函数实现:

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t* mutex); // 加锁
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t* mutex); // 解锁

当一个线程执行pthread_mutex_lock函数时,它将独占锁资源。其他试图执行同一函数的线程将被阻塞,直到当前线程完成pthread_mutex_unlock操作并释放锁为止。

位于加锁和解锁之间的代码区域被称为临界区。在临界区内对共享资源的访问是安全的,因为其他线程无法进入该区域。

回收锁资源

当互斥锁不再需要时,应及时回收其资源。使用pthread_mutex_destroy函数可以完成这一任务:

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

该函数接受指向锁对象的指针,并将锁资源释放供系统重用。如果未初始化锁对象,函数返回EINVAL错误码。

举例

为了更好地理解互斥锁的使用,可以通过修改之前的生产者消费者模型来实现线程安全的资源共享。具体步骤如下:

首先,标识哪些资源属于临界资源。例如,全局变量total是共享资源,需要用锁保护。

int total = 0; pthread_mutex_t mutex; // 定义互斥锁

在临界区内对共享资源进行操作:

{ // 临界区开始 pthread_mutex_lock(&mutex); // 加锁 total += 5; printf("%s produce 5 tools, now total %d\n", __func__, total); pthread_mutex_unlock(&mutex); // 解锁}

同样地,消费者线程也需要在临界区内对共享资源进行操作:

{ // 临界区开始 pthread_mutex_lock(&mutex); // 加锁 total -= 5; printf("%s consume 5 tools, now total %d\n", __func__, total); pthread_mutex_unlock(&mutex); // 解锁}

在主函数中,按照以下步骤初始化并运行线程:

int main() { int rc; pthread_t producer, consumer; rc = pthread_mutex_init(&mutex, NULL); // 初始化锁 if (rc != 0) { printf("pthread_mutex_init failed\n"); return -1; } rc = pthread_create(&producer, NULL, producer_thread, NULL); // 创建生产者线程 if (rc != 0) { printf("Could not create producer_thread\n"); return -1; } rc = pthread_create(&consumer, NULL, consumer_thread, NULL); // 创建消费者线程 if (rc != 0) { printf("Could not create consumer_thread\n"); return -1; } pthread_join(producer, NULL); // 等待线程结束 pthread_join(consumer, NULL); // 等待线程结束 pthread_mutex_destroy(&mutex); // 销售锁资源 return 0;}

通过上述修改,可以确保多线程环境下对共享资源的安全访问,避免数据竞争和死锁问题。

转载地址:http://upqbz.baihongyu.com/

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