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C语言锁的使用总结

2021-11-25 17:35:06 作者：互联网

1. C 互斥锁 mutex
初始化与去初始化

#include <pthread.h>
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *attr);
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

pthread_mutex_init 使用指定的attr属性初始化一个互斥锁mutex 。如果 atrr 设为 NULL 或者使用一个默认的 pthread_mutexattr_t 类型都是使用默认属性进行初始化。
重复初始化一个已经初始化过的锁会导致未知行为。
pthread_mutex_destroy 可以销毁一个初始化过的锁。使用此函数销毁一个mutex，可以再次初始化。
如果尝试销毁一个锁定状态的mutex会导致未知行为。

除了使用 pthread_mutex_init 函数对 mutex 进行初始化，还可以使用特定的宏在声明 mutex 的时候直接赋值进行静态初始化。例如：

// 普通mutex
pthread_mutex_t fastmutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

// 可递归mutex
pthread_mutex_t recmutex = PTHREAD_RECURSIVE_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_t recmutex = PTHREAD_RECURSIVE_MUTEX_INITIALIZER_NP;

// 有错误检查的mutex，同一线程重复加锁报错
pthread_mutex_t errchkmutex = PTHREAD_ERRORCHECK_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_t errchkmutex = PTHREAD_ERRORCHECK_MUTEX_INITIALIZER_NP;

上面那个带不带NP后缀取决于系统，我用的Ubuntu18.04对应的宏为PTHREAD_RECURSIVE_MUTEX_INITIALIZER_NP。

加锁与解锁

// 普通加锁，重复加锁会阻塞进程
int pthread_mutex_lock (pthread_mutex_t *__mutex);
// 重复加锁不阻塞进程
int pthread_mutex_trylock (pthread_mutex_t *__mutex);
// 带有超时功能加锁
int pthread_mutex_timedlock(pthread_mutex_t *mutex, const struct timespec *abs_timeout);
// 解锁
int pthread_mutex_unlock (pthread_mutex_t *__mutex);

pthread_mutex_lock对一个 mutex 加锁。如果一个线程试图锁定一个已经被另一个线程锁定的互斥锁，那么该线程将被挂起，直到拥有该互斥锁的线程先解锁该互斥锁。
默认的 mutex 在同一个线程里再次被加锁会导致未定义行为，如果定义 mutex 为 PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE 类型，即可递归 mutex ，则这个锁可以在同一个线程内重复加锁，每次加锁计数器+1，每次解锁计数器-1，当计数器为0 的时候其他线程才可以获取这个锁。

pthread_mutex_trylock 功能与pthread_mutex_lock，只是当mutex已经是锁定的时候，pthread_mutex_trylock直接返回错误码EBUSY，而不是阻塞进程。

pthread_mutex_timedlock也是加锁，但是只阻塞指定的时间，时间一到还没能获取锁则返回错误码ETIMEDOUT。

pthread_mutex_unlock为解锁。如果互斥锁未被锁定，尝试解锁会导致未定义行为。

示例
让一个数从0加到10，然后再减到0。

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>

int gValue=0;
pthread_mutex_t gMutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void *add(void*){
pthread_mutex_lock(&gMutex); // 加锁
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
printf("[1]%d ", ++gValue);
}
pthread_mutex_unlock(&gMutex); // 解锁
}

void *sub(void*){
pthread_mutex_lock(&gMutex); // 加锁
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
printf("[2]%d ", --gValue);
}
pthread_mutex_unlock(&gMutex); // 解锁
}

int main() {
pthread_t p1, p2;

pthread_create(&p1, NULL, add, NULL);
pthread_create(&p2, NULL, sub, NULL);

pthread_join(p1, NULL);
pthread_join(p2, NULL);

return 0;
}

输出：
[1]1 [1]2 [1]3 [1]4 [1]5 [1]6 [1]7 [1]8 [1]9 [1]10 [2]9 [2]8 [2]7 [2]6 [2]5 [2]4 [2]3 [2]2 [2]1 [2]0
不加锁的话输出就比较乱了。

2. C 读写锁 rwlock
前面说过互斥锁要么是lock状态，要么是unlock状态，而且一次只能一个线程对其加锁。也就是说这个锁是排他性的，每次只能一个线程拥有。
读写锁，顾名思义用在读写的地方，读写的地方要求就是如果是写的话只能一个线程拥有，防止写错覆盖新的值。如果是读状态可以多个线程拥有，这样就提高了效率，读写锁用于对数据结构读的次数远大于写的情况。
读写锁可以设置为两种加锁状态，即读锁定和写锁定状态。

当处于写锁定状态时，所有加锁操作都会被阻塞。
当处于读锁定状态时，所有试图设置读锁定都会成功，所有试图设置写锁定都会被阻塞，并且还会阻塞后续所有的读锁定加锁操作，直到所有的读锁定都被解锁。
初始化与去初始化
与互斥锁使用方式类似，都需要初始化和去初始化操作。

#include <pthread.h>

int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *rwlock, const pthread_rwlockattr_t *attr);
int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);

pthread_rwlock_t rwlock=PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;

初始化的时候同样可以使用常量PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER来定义个默认的读写锁。

加锁与解锁

// 加读状态的锁
int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
// 不阻塞版本，成功则返回0
int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

// 加写状态的锁
int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
// 不阻塞版本，成功则返回0
int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

// 解锁
int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

pthread_rwlock_rdlock 是读模式下锁，pthread_rwlock_wrlock 是写模式下锁定，这两种锁定模式都使用同一个函数pthread_rwlock_unlock进行解锁。

示例
写了个非常傻瓜式的小程序来验证这个读写锁的功能。有两个函数一个是往数组里面写字符，一个是读字符，里面都加了sleep模拟耗时的操作。

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

char str[10];
size_t pos = 0;

pthread_rwlock_t rwlock = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;

// 每次写一个字符
void *writeData(void *name)
{
pthread_rwlock_wrlock(&rwlock); // 写加锁
sleep(1);
str[pos] = 'a' + pos;
pos++;
printf("%s %ld write\n", (char *)name, time(NULL));
pthread_rwlock_unlock(&rwlock); // 通用解锁函数
}

// 读数组中字符串
void *readData(void *name)
{
pthread_rwlock_rdlock(&rwlock); // 读加锁
sleep(1);
printf("%s %ld read: str = %s\n", (char *)name, time(NULL), str);
pthread_rwlock_unlock(&rwlock); // 通用解锁函数
}

int main()
{
// 搞了6个线程干起来
pthread_t p[6];
pthread_create(&p[0], NULL, writeData, (void *)"p1"); // 读
pthread_create(&p[1], NULL, readData, (void *)"p2"); // 写
pthread_create(&p[2], NULL, writeData, (void *)"p3"); // 读
pthread_create(&p[3], NULL, readData, (void *)"p4"); // 写
pthread_create(&p[4], NULL, writeData, (void *)"p5"); // 读
pthread_create(&p[5], NULL, readData, (void *)"p6"); // 写

for (int i = 0; i < 6; ++i)
{
pthread_join(p[i], NULL);
}
return 0;
}

如果没有锁的话，这几个操作应该都是随机的。如果读和写函数是用的互斥锁，那么这几个函数的输出也应该是随机的。
但是输出结果是这样的。

p1 1594130585 write
p4 1594130586 read: str = a
p6 1594130586 read: str = a
p2 1594130586 read: str = a
p3 1594130587 write
p5 1594130588 write

每次输出read的几个线程都是几乎同时输出的，因为当有人锁定write锁的时候，没人可以获取锁。当有人锁定read锁的时候，其他write的会阻塞，但是其他read不会被阻塞，所以read可以同时执行。

参考博客：https://blog.csdn.net/shaosunrise/article/details/107620885

标签：总结,rwlock,加锁,int,pthread,C语言,mutex,使用,NULL
来源： https://www.cnblogs.com/home123/p/15603681.html

C语言 锁的使用总结

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