Linux下線程間通訊--互斥鎖

1.互斥鎖簡介

在編程中，引入了對象互斥鎖的概念，來保證共享數據操作的完整性。每個對象都對應于一個可稱為" 互斥鎖" 的標記，這個標記用來保證在任一時刻，只能有一個線程訪問該對象。

互斥鎖（Mutex）是在原子操作API的基礎上實現的信號量行為。互斥鎖不能進行遞歸鎖定或解鎖，能用于交互上下文但是不能用于中斷上下文，同一時間只能有一個任務持有互斥鎖，而且只有這個任務可以對互斥鎖進行解鎖。

互斥鎖是一種簡單的加鎖的方法來控制對共享資源的存取，當多個線程訪問公共資源時，為了保證同一時刻只有一個線程獨占資源，就可以通過互斥鎖加以限制，在一個時刻只能有一個線程掌握某個互斥鎖，擁有上鎖狀態的線程才能夠對共享資源進行操作。若其他線程希望上鎖一個已經上鎖了的互斥鎖，則該線程就會掛起，直到上鎖的線程釋放掉互斥鎖為止。

2.互斥鎖相關函數

在Posix Thread中定義有一套專門用于線程同步的mutex函數。可以通過靜態和動態兩種方式創建互斥鎖。
互斥鎖有三個類型可供選擇：

PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP普通鎖(默認鎖)：

當一個線程加鎖以后，其余請求鎖的線程將形成一個阻塞等待隊列，并在解鎖后按優先級獲得鎖。這種鎖策略保證了資源分配的公平性。

PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE_NP嵌套鎖：

允許同一個線程對同一個鎖成功獲得多次，并通過多次unlock 解鎖。如果是不同線程請求，則在加鎖線程解鎖時重新競爭。
嵌套鎖對同一線程可以重復上鎖成功，對不同線程不能重復上鎖。
嵌套鎖在同一線程中重復上鎖，需要重復解鎖，否則其它線程將阻塞。

PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK_NP檢錯鎖：

如果同一個線程請求同一個鎖，則返回 EDEADLK，否則與普通鎖類型動作相同。 這樣就保證當不允許多次加鎖時不會出現最簡單情況下的死鎖。

檢錯鎖的主要特點就是: 同一個線程無法多次重復進行加鎖， 第一次獲取鎖成功后， 沒有解鎖的情況下， 如果繼續獲取鎖將不會阻塞， 會返回一個錯誤值(35)。

動態方式初始化互斥鎖：
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex,constpthread_mutexattr_t *restrict attr);
??attr填NULL表示使用默認屬性，創建普通鎖。
//靜態方式初始化互斥鎖
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
//互斥鎖上鎖，多次請求則會阻塞
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
//互斥鎖上鎖，多次請求不會阻塞，會返回上鎖失敗錯誤信息
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
//互斥解鎖
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
//銷毀互斥鎖
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

3.互斥鎖編程

3.1練習1

??1.創建1個線程，子線程先打印10遍hello,world,然后主線程再打印5遍”12346”,按次順序循環50次。

#include 
#include 
#include 
/*
1.創建1個線程，子線程先打印10遍hello,world,然后主線程再打印5遍”12346”,按次順序循環50次。
*/
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;//靜態初始化互斥鎖1
pthread_mutex_t mutex2 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;//靜態初始化互斥鎖2
void *pth_work(void *arg)
{
	int i,j;
	for(i=0;i<50;i++)
	{
		pthread_mutex_lock(&mutex);
		printf("-----------子線程第%d遍-----------\n",i);
		for(j=0;j<10;j++)
		{
			printf("hello,world\n");
		}
		pthread_mutex_unlock(&mutex2);
	}
}
int main()
{
	int i=0,j;
	pthread_t pthid;
	pthread_mutex_lock(&mutex2);
	/*創建子線程*/
	pthread_create(&pthid,NULL,pth_work,NULL);//創建線程
	pthread_detach(pthid);
	for(i=0;i<50;i++)
	{
		pthread_mutex_lock(&mutex2);//互斥鎖上鎖
		printf("-----------主線程第%d遍-----------\n",i);
		for(j=0;j<5;j++)//主線程打印
		{
			printf("123456\n");
		}
		pthread_mutex_unlock(&mutex);
	}
	pthread_mutex_destroy(&mutex);
	pthread_mutex_destroy(&mutex2);

}

3.2練習2

??2.創建3線程，線程1打印A,線程2打印B,線程3打印C，按照ABC順序輸出10遍。

#include 
#include 
#include 
/*
2.創建3線程，線程1打印A,線程2打印B,線程3打印C，按照ABC順序輸出10遍。
*/
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;//靜態初始化互斥鎖1
pthread_mutex_t mutex2 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;//靜態初始化互斥鎖2
pthread_mutex_t mutex3 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;//靜態初始化互斥鎖3
void *pth_work(void *arg)
{
	int cnt=(int *)arg;
	//printf("cnt=%d\n",cnt);
	for(int i=0;i<10;i++)
	{
		if(cnt==0)//線程1
		{
			pthread_mutex_lock(&mutex);
			printf("A");
			pthread_mutex_unlock(&mutex2);
		}
		if(cnt==1)//線程2
		{
			pthread_mutex_lock(&mutex2);
			printf("B");
			pthread_mutex_unlock(&mutex3);
		}
		if(cnt==2)//線程3
		{
			pthread_mutex_lock(&mutex3);
			printf("C");
			fflush(stdout);//刷新緩沖區
			pthread_mutex_unlock(&mutex);
		}
	}
}
int main()
{
	int i=0;
	pthread_t pthid[3];
	pthread_mutex_lock(&mutex2);
	pthread_mutex_lock(&mutex3);
	/*創建3個子線程*/
	for(i=0;i<3;i++)
	{
		pthread_create(&pthid[i],NULL,pth_work,(void *)i);
	}
	/*等待線程結束*/
	for(i=0;i<3;i++)
	{
		pthread_join(pthid[i],NULL);
	}
	printf("\n所有子線程結束，程序退出!\n");
	pthread_mutex_destroy(&mutex);
	pthread_mutex_destroy(&mutex2);
	pthread_mutex_destroy(&mutex3);
}

運行效果：

[wbyq@wbyq ubuntu]$ ./app 
ABCABCABCABCABCABCABCABCABCABC
所有子線程結束，程序退出!

審核編輯：湯梓紅