linux下线程同步

概要： 

 线程的同步, 发生在多个线程共享相同内存的时候, 这时要保证每个线程在每个时刻看到的共享数据是一致的. 如果每个线程使用的变量都是其他线程不会使用的(read & write), 或者变量是只读的, 就不存在一致性问题. 但是, 如果两个或两个以上的线程可以read/write一个变量时, 就需要对线程进行同步, 以确保它们在访问该变量时, 不会得到无效的值, 同时也可以唯一地修改该变量并使它生效.

    以上就是我们所说的线程同步.

    线程同步有三种常用的机制: 互斥量(mutex), 读写锁(rwlock)和条件变量(cond).

    互斥量有两种状态: lock和unlock, 它确保同一时间只有一个线程访问数据;

    读写锁有三种状态: 读加锁, 写加锁, 不加锁, 只有一个线程可以占有写模式的读写锁, 但是可以有多个线程同时占有读模式的读写锁.

    条件变量则给多个线程提供了一个会合的场所, 与互斥量一起使用时, 允许线程以无竞争的方式等待特定条件的发生.

 

互斥量：

互斥量从本质上说就是一把锁, 提供对共享资源的保护访问.

1. 初始化:

    在Linux下, 线程的互斥量数据类型是pthread_mutex_t. 在使用前, 要对它进行初始化:

对于静态分配的互斥量, 可以把它设置为PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER, 或者调用pthread_mutex_init.

对于动态分配的互斥量, 在申请内存(malloc)之后, 通过pthread_mutex_init进行初始化, 并且在释放内存(free)前需要调用pthread_mutex_destroy.

• 原型:
  • int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restric attr);
  • int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
• 头文件: <pthread.h>
• 返回值: 成功则返回0, 出错则返回错误编号.
• 说明: 如果使用默认的属性初始化互斥量, 只需把attr设为NULL. 其他值在以后讲解.

2. 互斥操作:

    对共享资源的访问, 要对互斥量进行加锁, 如果互斥量已经上了锁, 调用线程会阻塞, 直到互斥量被解锁. 在完成了对共享资源的访问后, 要对互斥量进行解锁.

首先说一下加锁函数:

• 头文件: <pthread.h>
• 原型:
  • int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
  • int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
• 返回值: 成功则返回0, 出错则返回错误编号.
• 说明: 具体说一下trylock函数, 这个函数是非阻塞调用模式, 也就是说, 如果互斥量没被锁住, trylock函数将把互斥量加锁, 并获得对共享资源的访问权限; 如果互斥量被锁住了, trylock函数将不会阻塞等待而直接返回EBUSY, 表示共享资源处于忙状态.

再说一下解所函数:

• 头文件: <pthread.h>
• 原型: int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
• 返回值: 成功则返回0, 出错则返回错误编号.

3. 死锁:

    死锁主要发生在有多个依赖锁存在时, 会在一个线程试图以与另一个线程相反顺序锁住互斥量时发生. 如何避免死锁是使用互斥量应该格外注意的东西.

    总体来讲, 有几个不成文的基本原则:

• 对共享资源操作前一定要获得锁.
• 完成操作以后一定要释放锁.
• 尽量短时间地占用锁.
• 如果有多锁, 如获得顺序是ABC连环扣, 释放顺序也应该是ABC.
• 线程错误返回时应该释放它所获得的锁.

读写锁

在线程同步系列的第一篇文章里已经说过, 读写锁是因为有3种状态, 所以可以有更高的并行性.

1. 特性:

    一次只有一个线程可以占有写模式的读写锁, 但是可以有多个线程同时占有读模式的读写锁. 正是因为这个特性,

• 当读写锁是写加锁状态时, 在这个锁被解锁之前, 所有试图对这个锁加锁的线程都会被阻塞.
• 当读写锁在读加锁状态时, 所有试图以读模式对它进行加锁的线程都可以得到访问权, 但是如果线程希望以写模式对此锁进行加锁, 它必须阻塞知道所有的线程释放锁.
• 通常, 当读写锁处于读模式锁住状态时, 如果有另外线程试图以写模式加锁, 读写锁通常会阻塞随后的读模式锁请求, 这样可以避免读模式锁长期占用, 而等待的写模式锁请求长期阻塞.

2. 适用性:

    读写锁适合于对数据结构的读次数比写次数多得多的情况. 因为, 读模式锁定时可以共享, 以写模式锁住时意味着独占, 所以读写锁又叫共享-独占锁.

3. 初始化和销毁: