Linux實例：多線程和互斥鎖到底該如何使用

一、前言

最近在寫多進程和Linux中的各種鎖的文章，總覺得只有文字講解雖然能夠知道多進程和互斥鎖是什么，但是還是不知道到底該怎么用，今天我就用一個買票的例子來給大家講解一下多線程和互斥鎖到底該如何使用，相信大家對于這個知識點會有一個更深的理解。

二、場景介紹

今天以實際場景來給大家介紹一下多線程和互斥鎖，場景的描述如下：

有一個全局變量num

線程1和線程2都可以對num做加一操作

那理想情況下num的變化應(yīng)該是這樣的：

num=1
num=2
num=3
num=4
num=5
num=6
num=7
num=8
num=9
num=10
num=11
num=12
num=13
num=14
num=15
num=16
num=17
num=18
num=19
num=20
num=21
num=22
num=23
num=24
num=25
num=26
num=27
num=28
num=29
num=30
num=31
num=32
num=33
num=34
num=35
num=36
num=37
num=38
num=39
num=40
num=41

這是我們的理想狀態(tài)，但是如果用多線程會出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？我們一起來通過編程實現(xiàn)一下多線程。

三、編程測試

我們通過上面的描述大家應(yīng)該已經(jīng)理解了這個場景是在干什么事了，那么如何使用多線程讓程序同時對num進行操作呢？

如果要在C語言中使用多線程，我們需要用到線程創(chuàng)建函數(shù)pthread_create和線程回收函數(shù)pthread_join。具體這兩個函數(shù)的使用大家可以通過man+函數(shù)名的方式在控制臺進行查看。

?

知道了如何使用這兩個函數(shù)，下面我們就寫一個多線程的例子：

main.c

#include?
#include?

int?num=0;

//需要開啟多進程的函數(shù)
void?*?fun_1(void?*?args)
{
????while(num<40)
????{
????????num++;
????????printf("num=%d
",num);
????}
????return?NULL;
}

//需要開啟多進程的函數(shù)
void?*?fun_2(void?*?args)
{
????while(num<40)
????{
????????num++;
????????printf("num=%d
",num);
????}
????return?NULL;
}

int?main()
{
????pthread_t?id[2];
????//創(chuàng)建線程
????pthread_create(&id[0],NULL,fun_1,NULL);
????pthread_create(&id[1],NULL,fun_2,NULL);

????//等待線程的結(jié)束
????pthread_join(id[0],NULL);
????pthread_join(id[1],NULL);

}

通過gcc工具來編譯這個代碼，具體命令如下：

gcc?main.c?-pthread?-o?main

編譯完后會出現(xiàn)一個可執(zhí)行文件main，執(zhí)行該可執(zhí)行文件，結(jié)果如下：

我們可以看到其實代碼并不是像我們想想的那樣兩個進程進行依次加一，這樣明顯是不對的，那怎么保證只有線程一完成了加一線程二才能對num的字進行操作呢？這里就不得不提C語言中的鎖了，今天就以互斥鎖來解決這個問題。

四、互斥鎖介紹

互斥鎖是一種用于確保同一時間只有一個線程訪問共享資源的機制。它是一種控制多個線程對共享資源的訪問，以確保線程安全。互斥鎖可以防止共享資源的競爭條件，從而保證程序的正確性。

互斥鎖也可以用來實現(xiàn)延遲，這是一種確保多個線程在某個特定時刻只有一個線程可以執(zhí)行特定代碼段，直到其他線程完成指定任務(wù)的機制。這種機制可以確保在多線程環(huán)境中的正確性，以及確保線程之間的數(shù)據(jù)一致性。

要使用互斥鎖，首先需要創(chuàng)建一個互斥鎖，通常使用內(nèi)置的函數(shù)或API。然后，在訪問共享數(shù)據(jù)之前，線程需要調(diào)用該互斥鎖的pthread_mutex_lock()函數(shù)，以獲取對共享數(shù)據(jù)的獨占訪問權(quán)。在訪問完成后，線程應(yīng)調(diào)用pthread_mutex_unlock()函數(shù)釋放互斥鎖，以便其他線程可以訪問共享數(shù)據(jù)。

此外，在使用互斥鎖時，應(yīng)特別注意死鎖的可能性，即兩個或多個線程因互相等待對方釋放互斥鎖而永久阻塞。為了避免死鎖，應(yīng)該確保線程在訪問共享數(shù)據(jù)時，遵循一致的鎖定順序。

下面是我們更改之后的代碼，可以解決以上問題：

#include?
#include?

pthread_mutex_t?mutex?=?PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
int?num=0;

//需要開啟多進程的函數(shù)
void?*?fun_1(void?*?args)
{
????while(num<40)
????{
????????sleep(2);
????????pthread_mutex_lock(&mutex);//加鎖
????????printf("fun_1:pthread_mutex_lock
");
????????num++;
????????printf("num=%d
",num);
????????pthread_mutex_unlock(&mutex);//解鎖
????????printf("fun_1:pthread_mutex_unlock
");
????}
????return?NULL;
}

//需要開啟多進程的函數(shù)
void?*?fun_2(void?*?args)
{
????while(num<40)
????{
????????sleep(2);
????????pthread_mutex_lock(&mutex);//加鎖
????????printf("fun_2:pthread_mutex_lock
");
????????num++;
????????printf("num=%d
",num);
????????pthread_mutex_unlock(&mutex);//解鎖
????????printf("fun_2:pthread_mutex_unlock
");
????}
????return?NULL;
}

int?main()
{
????pthread_t?id[2];
????//創(chuàng)建線程
????pthread_create(&id[0],NULL,fun_1,NULL);
????pthread_create(&id[1],NULL,fun_2,NULL);

????//等待線程的結(jié)束
????pthread_join(id[0],NULL);
????pthread_join(id[1],NULL);

}

通過代碼的打印我們可以看出，只有在加鎖的線程釋放了鎖，其他的進程才能對資源進行操作，這就是鎖的作用。

這里可以試一下如果讓線程二加完鎖之后不進行釋放鎖會怎么樣呢？我們來看一下：

可以看到如果線程二對資源加了鎖，但是不釋放鎖的話，線程一和線程二都將無法對資源進行操作。

編輯：黃飛

?