詳談Linux操作系統(tǒng)編程的互斥量mutex

##互斥量mutex

前文提到，系統(tǒng)中如果存在資源共享，線程間存在競(jìng)爭(zhēng)，并且沒有合理的同步機(jī)制的話，會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)混亂的現(xiàn)象。為了實(shí)現(xiàn)同步機(jī)制，Linux中提供了多種方式，其中一種方式為互斥鎖mutex（也稱之為互斥量）。

互斥量的具體實(shí)現(xiàn)方式為：每個(gè)線程在對(duì)共享資源操作前都嘗試先加鎖，成功加鎖后才可以對(duì)共享資源進(jìn)行讀寫操作，操作結(jié)束后解鎖。

互斥量不是為了消除競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)際上，資源還是共享的，線程間也還是競(jìng)爭(zhēng)的，只不過通過這種“鎖”機(jī)制就將共享資源的訪問變成互斥操作，也就是說一個(gè)線程操作這個(gè)資源時(shí)，其它線程無法操作它，從而消除與時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤。

從互斥量的實(shí)現(xiàn)機(jī)制我們可以看出，同一時(shí)刻，只能有一個(gè)線程持有該鎖。如果有同時(shí)有多個(gè)線程持有該鎖，那就沒有實(shí)際意義了。

但是，這種鎖機(jī)制不是強(qiáng)制的，互斥鎖實(shí)質(zhì)上是操作系統(tǒng)提供的一把“建議鎖”（又稱“協(xié)同鎖”），建議程序中有多線程訪問共享資源的時(shí)候使用該機(jī)制。

因此，即使有了mutex，其它線程如果不按照這種鎖機(jī)制來訪問共享數(shù)據(jù)的話，依然會(huì)造成數(shù)據(jù)混亂。所以為了避免這種情況，所有訪問該共享資源的線程必須采用相同的鎖機(jī)制。

主要應(yīng)用函數(shù)：

pthread_mutex_init函數(shù)

pthread_mutex_destroy函數(shù)

pthread_mutex_lock函數(shù)

pthread_mutex_trylock函數(shù)

pthread_mutex_unlock函數(shù)

以上5個(gè)函數(shù)的返回值都是：成功返回0，失敗返回錯(cuò)誤號(hào)。

在Linux環(huán)境下，類型pthread_mutex_t其本質(zhì)是一個(gè)結(jié)構(gòu)體。但是為了簡(jiǎn)化理解，應(yīng)用時(shí)可忽略其實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，簡(jiǎn)單當(dāng)成整數(shù)看待。mutex一般以下面方式定義：

pthread_mutex_t mutex;

變量mutex只有兩種取值1、0。

##pthread_mutex_init函數(shù)

函數(shù)原型：

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

函數(shù)作用：初始化一個(gè)互斥鎖（互斥量）mutex，初值可視為1;

參數(shù)介紹：

mutex：傳出參數(shù)，調(diào)用時(shí)應(yīng)傳 &mutex給該函數(shù);

這里有個(gè)關(guān)鍵字比較特殊：restrict。它的作用只用于限制指針，告訴編譯器，所有修改該指針指向內(nèi)存中內(nèi)容的操作，只能通過本指針完成。不能通過除本指針以外的其他變量或指針修改。比如說，再定義個(gè)pthread_mutex_t的指針，將其賦值為mutex的值，想要用它來修改mutex所指向的內(nèi)存，這是不允許的。

attr：互斥量屬性。是一個(gè)傳入?yún)?shù)，通常傳NULL，表示使用默認(rèn)屬性（即：線程間共享）。

對(duì)于互斥量mutex的初始化有兩種方式：

靜態(tài)初始化：如果互斥鎖 mutex 是靜態(tài)分配的，即：定義為全局變量，或加了static關(guān)鍵字修飾，可以直接使用宏進(jìn)行初始化。e.g. pthead_mutex_t muetx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

動(dòng)態(tài)初始化：如果互斥鎖mutex定義為局部變量，則應(yīng)采用動(dòng)態(tài)初始化。e.g. pthread_mutex_init（&mutex， NULL）

##pthread_mutex_destroy函數(shù)

函數(shù)原型：

int pthread_mutex_destroy（pthread_mutex_t *mutex）;

函數(shù)作用：銷毀一個(gè)互斥鎖

pthread_mutex_lock函數(shù)

函數(shù)原型：

int pthread_mutex_lock（pthread_mutex_t *mutex）;

函數(shù)作用：

對(duì)共享資源進(jìn)行加鎖?？衫斫鉃閷utex--（或-1）;

如果加鎖不成功，則該線程將阻塞，直到持有該互斥量的其他線程解鎖為止。

注意：在訪問共享資源前加鎖，訪問結(jié)束后立即解鎖。鎖的“粒度”應(yīng)越小越好。

pthread_mutex_unlock函數(shù)

函數(shù)原型：

int pthread_mutex_trylock（pthread_mutex_t *mutex）;

函數(shù)作用：

對(duì)共享資源解鎖。可理解為將mutex ++（或+1）;

在解鎖的同時(shí)，會(huì)將阻塞在該鎖上的所有線程全部喚醒，至于哪個(gè)線程先被喚醒，取決于優(yōu)先級(jí)、調(diào)度。默認(rèn)情況下：先阻塞的線程會(huì)先被喚醒。

##pthread_mutex_trylock函數(shù)

函數(shù)原型：

int pthread_mutex_trylock（pthread_mutex_t *mutex）;

函數(shù)作用：對(duì)共享資源嘗試加鎖。它與pthread_mutex_lock函數(shù)的區(qū)別是，使用lock函數(shù)對(duì)共享資源進(jìn)行加鎖時(shí)，如果加鎖不成功，則線程就阻塞;而如果使用trylock，則加鎖不成功時(shí)不會(huì)阻塞當(dāng)前線程，而是立即返回一個(gè)值來描述互斥鎖的狀況。

死鎖：

線程試圖對(duì)同一個(gè)互斥量A加鎖兩次。

線程1擁有A鎖，請(qǐng)求獲得B鎖;線程2擁有B鎖，請(qǐng)求獲得A鎖

責(zé)編AJX