互斥量(保護對共享變量的訪問)

1.概念

互斥（mutex）是防止同時訪問共享資源的程序?qū)ο蟆?/p>

為避免線程更新共享變量時所出現(xiàn)問題，必須使用互斥量（ mutex 是 mutual exclusion 的 縮寫）來確保同時僅有一個線程可以訪問某項共享資源。 即就是 使用互斥量來實現(xiàn)原子訪問操作

2.狀態(tài)

已鎖定（ locked）和未鎖定（ unlocked）。任何時候，至多只有一個線程可以鎖定該互斥量。試圖對已經(jīng)鎖定的某一互斥量再次加鎖，將可能阻塞線程或者報錯失敗，具體取決于加鎖時使用的方法

3.特點

一旦線程鎖定互斥量，隨即成為該互斥量的所有者。只有所有者才能給互斥量解鎖。因為所有權(quán)的關(guān)系，有時會使用術(shù)語獲?。?acquire）和釋放（ release）來替代加鎖和解鎖。

互斥量的分配

互斥量既可以像靜態(tài)變量那樣分配，也可以在運行時動態(tài)創(chuàng)建

1.靜態(tài)分配

互斥量是屬于 pthread_mutex_t 類型的變量

在使用之前必須對其初始化。

pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER

2.動態(tài)分配

#include<pthread.h>

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

參數(shù) mutex 指定函數(shù)執(zhí)行初始化操作的目標互斥量。

參數(shù) attr 是指向 pthread_mutexattr_t 類型對象的指針，該對象在函數(shù)調(diào)用之前已經(jīng)過了初始化處理，用于定義互斥量的屬性。若將 attr 參數(shù)置為 NULL，則該互斥量的各種屬性會取默認值。

注：

• 初始化一個業(yè)已初始化的互斥量將導致未定義的行為
• 動態(tài)分配于堆中的互斥量。例如，動態(tài)創(chuàng)建針對某一結(jié)構(gòu)的鏈表，表中每個結(jié)構(gòu)都包含一個 pthread_mutex_t 類型的字段來存放互斥量，借以保護對該結(jié)構(gòu)的訪問。
• 互斥量是在棧中分配的自動變量。
• 初始化經(jīng)由靜態(tài)分配，且不使用默認屬性的互斥量。

加鎖和解鎖互斥量

初始化之后，互斥量處于未鎖定狀態(tài)。函數(shù) pthread_mutex_lock()可以鎖定某一互斥量，而函數(shù) pthread_mutex_unlock()則可以將一個互斥量解鎖。

函數(shù)原型

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

int pthread_mutex_timedlock(pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct timespec *restrict abs_timeout);

1.創(chuàng)建互斥鎖

pthread_mutex_t mtx;

互斥鎖的類型是 pthread_mutex_t ，所以定義一個變量就是創(chuàng)建了一個互斥鎖：

2.初始化互斥鎖

//第二個參數(shù)為 NULL，互斥鎖的屬性會設(shè)置為默認屬性
pthread_mutex_init(&mtx, NULL);

3.獲取互斥鎖

在進行互斥操作的時候， 應該先"拿到鎖"再執(zhí)行需要互斥的操作，否則可能會導致多個線程都需要訪問的數(shù)據(jù)結(jié)果不一致。

4.阻塞調(diào)用

pthread_mutex_lock(&mtx);

5.非阻塞調(diào)用

如果鎖被占用就不用，如果沒被占用那就用， 可以使用 pthread_mutex_trylock() 函數(shù)。 用法和pthread_mutex_lock() 用法類似，不過當請求的鎖正在被占用的時候， 不會進入阻塞狀態(tài)，而是立刻返回，并返回一個錯誤代碼 EBUSY，意思是說， 有其它線程正在使用這個鎖。

int err = pthread_mutex_trylock(&mtx);
if(0 != err) {
    if(EBUSY == err) {
        //The mutex could not be acquired because it was already locked.
    }
}

6.超時調(diào)用

如果不想不斷的調(diào)用 pthread_mutex_trylock() 來測試互斥鎖是否可用， 而是想阻塞調(diào)用，但是增加一個超時時間， 用pthread_mutex_timedlock() 解決， 其調(diào)用方式如下：

struct timespec abs_timeout;
abs_timeout.tv_sec = time(NULL) + 1;
abs_timeout.tv_nsec = 0;
int err = pthread_mutex_timedlock(&mtx, &abs_timeout);
if(0 != err) {
    if(ETIMEDOUT == err) {
        //The mutex could not be locked before the specified timeout expired.
    }
}

阻塞等待，但是只等待一秒鐘，后如果還沒拿到鎖的話， 那就返回，并返回一個錯誤代碼 ETIMEDOUT，意思是超時了。

其中 timespec 定義在頭文件 time.h 中，其定義如下

struct timespec
{
    __time_t tv_sec;        /* Seconds.  */
    long int tv_nsec;       /* Nanoseconds.  */
};

這個函數(shù)里面的時間，是絕對時間，所以這里用 time() 函數(shù)返回的時間增加了 1 秒

7.釋放互斥鎖

用完互斥鎖，一定要記得釋放，下一個想要獲得這個鎖的線程， 只能去等。

釋放互斥鎖比較簡單，使用 pthread_mutex_unlock() 即可：

pthread_mutex_unlock(&mtx);

8.銷毀線程鎖

pthread_mutex_destroy(&mtx)

一個被銷毀的線程鎖可以被 pthread_mutex_init() 再次初始化。對被銷毀的線程鎖進行其它操作，其結(jié)果是未定義的。

對一個處于已初始化但未鎖定狀態(tài)的線程鎖進行銷毀是安全的。盡量避免對一個處于鎖定狀態(tài)的線程鎖進行銷毀操作。

互斥量的死鎖

當超過一個線程加鎖同一組互斥量時，就有可能發(fā)生死鎖。

例，每個線程都成功地鎖住一個互斥量，接著試圖對已為另一線程鎖定的互斥量加鎖。

兩個線程將無限期等待

有兩種解決方法

1.當多個線程對一組互斥量操作時，總是應該以相同順序?qū)υ摻M互斥量進行鎖定，如果兩個線程總是先鎖定 mutex1 再鎖定 mutex2，死鎖就不會出現(xiàn)

2.使用頻率較低，就是“嘗試一下，然后恢復”，在這種方案中，線程先使用函數(shù)pthread_mutex_lock()鎖定第 1 個互斥量，然后使用函數(shù)pthread_mutex_trylock()來鎖定其余互斥量。如果任一pthread_mutex_trylock()調(diào)用失?。ǚ祷?EBUSY），那么該線程將釋放所有 互斥量，也許經(jīng)過一段時間間隔，從頭再試

注：

• 對共享資源操作前一定要獲得鎖。
• 完成操作以后一定要釋放鎖。
• 盡量短時間地占用鎖。
• 如果有多鎖, 如獲得順序是ABC連環(huán)扣, 釋放順序也應該是ABC。
• 線程錯誤返回時應該釋放它所獲得的鎖。

例子

保護fp指向文件中數(shù)的累加正常進行

static pthread_mutex_t mut=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
void *thr_prime(void *p)
{
    FILE *fp;
    char linebuf[linesize];
    fp =fopen(fname,"r+");   //多個線程之間相撞拿到 同一個fp 開始覆蓋寫操作
    if(fp == NULL)  
    {
        perror("fopen");
        exit(-1);
    }
    //加鎖
    pthread_mutex_lock(&mut);
    fgets(linebuf,linesize,fp);
    fseek(fp,0,SEEK_SET);
    fprintf(fp,"%d\n",atoi(linebuf)+1);
    //解鎖
    pthread_mutex_unlock(&mut);
    fclose(fp);
    pthread_exit(NULL);
}
int main()
{
    int err,i;
    pthread_t tid[thrnum];
    //main 線程 進行創(chuàng)建線程
    for(i=0 ; i<=thrnum ;i++)
    {
        err =pthread_create(tid + i ,NULL,thr_prime,NULL);
        if(err)
        {
            fprintf(stderr,"pthread_creat():%s\n",strerror(err));
            exit(1);
        }
    }
    //為線程收尸
    for(i =0 ; i<=thrnum ;i++)
    {
        pthread_join(tid[i],NULL);
    }
    pthread_mutex_destroy(&mut);
    exit(0);
}

到此這篇關(guān)于C++中關(guān)于互斥量的全面認知的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++互斥量內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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