pThreads线程（二） 线程同步--互斥量/锁

　　互斥量（Mutex）是“mutual exclusion”的缩写。互斥量是实现线程同步，和保护同时写共享数据的主要方法。
　　互斥量对共享数据的保护就像一把锁。在Pthreads中，任何时候仅有一个线程可以锁定互斥量，因此，当多个线程尝试去锁定该互斥量时仅有一个会成功。直到锁定互斥量的线程解锁互斥量后，其他线程才可以去锁定互斥量。线程必须轮着访问受保护数据。
　　一个拥有互斥量的线程经常用于更新全局变量。确保了多个线程更新同样的变量以安全的方式运行，最终的结果和一个线程处理的结果是相同的。这个更新的变量属于一个“临界区（critical section）”。

　　使用互斥量的典型顺序如下：

• 创建和初始一个互斥量
• 多个线程尝试去锁定该互斥量
• 仅有一个线程可以成功锁定改互斥量
• 锁定成功的线程做一些处理
• 线程解锁该互斥量
• 另外一个线程获得互斥量，重复上述过程
• 最后销毁互斥量

　　当多个线程竞争同一个互斥量时，失败的线程会阻塞在lock调用处。可以用“trylock”替换“lock”，则失败时不会阻塞。当保护共享数据时，程序员有责任去确认是否需要使用互斥量。如，若四个线程会更新同样的数据，但仅有一个线程用了互斥量，则数据可能会损坏。

 

 

创建和销毁互斥量:

pthread_mutex_init (mutex,attr)  
pthread_mutex_destroy (mutex)  
pthread_mutexattr_init (attr)  
pthread_mutexattr_destroy (attr) 

用法：

互斥量必须用类型pthread_mutex_t类型声明，在使用前必须初始化，这里有两种方法可以初始化互斥量：
声明时静态地，如： pthread_mutex_t mymutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
动态地用pthread_mutex_init()函数，这种方法允许设定互斥量的属性对象attr。
互斥量初始化后是解锁的。
attr对象用于设置互斥量对象的属性，使用时必须声明为pthread_mutext_attr_t类型，默认值可以是NULL。Pthreads标准定义了三种可选的互斥量属性：

• 协议（Protocol）： 指定了协议用于阻止互斥量的优先级改变
• 优先级上限（Prioceiling）：指定互斥量的优先级上限
• 进程共享（Process-shared）：指定进程共享互斥量

注意所有实现都提供了这三个可先的互斥量属性。
pthread_mutexattr_init()和pthread_mutexattr_destroy()函数分别用于创建和销毁互斥量属性对象。
pthread_mutex_destroy()应该用于释放不需要再使用的互斥量对象。

锁定和解锁互斥量:

函数：

pthread_mutex_lock (mutex)  
pthread_mutex_trylock (mutex)  
pthread_mutex_unlock (mutex)  

用法：

线程用pthread_mutex_lock()函数去锁定指定的mutex变量，若该mutex已经被另外一个线程锁定了，该调用将会阻塞线程直到mutex被解锁。
pthread_mutex_trylock() will attempt to lock a mutex. However, if the mutex is already locked, the routine will return immediately with a "busy" error code. This routine may be useful in pthread_mutex_trylock().

　　尝试着去锁定一个互斥量，然而，若互斥量已被锁定，程序会立刻返回并返回一个忙错误值。该函数在优先级改变情况下阻止死锁是非常有用的。线程可以用pthread_mutex_unlock()解锁自己占用的互斥量。在一个线程完成对保护数据的使用，而其它线程要获得互斥量在保护数据上工作时，可以调用该函数。若有一下情形则会发生错误：

• 互斥量已经被解锁
• 互斥量被另一个线程占用

互斥量并没有多么“神奇”的，实际上，它们就是参与的线程的“君子约定”。写代码时要确信正确地锁定，解锁互斥量。
Q：有多个线程等待同一个锁定的互斥量，当互斥量被解锁后，那个线程会第一个锁定互斥量？
A：除非线程使用了优先级调度机制，否则，线程会被系统调度器去分配，那个线程会第一个锁定互斥量是随机的。

用例： 

 1 #include<stdlib.h>  
 2 #include<stdio.h>  
 3 #include<unistd.h>  
 4 #include<pthread.h>  
 5 
 6 typedef struct ct_sum  
 7 { 
 8     int sum;  
 9     pthread_mutex_t lock;  
10 }ct_sum;  
11 
12 void * add1(void *cnt)  
13 {       
14     pthread_mutex_lock(&(((ct_sum*)cnt)->lock));  
15     for(int i=0; i < 50; i++)  
16     {
17         (*(ct_sum*)cnt).sum += i;      
18     }  
19     pthread_mutex_unlock(&(((ct_sum*)cnt)->lock));  
20     pthread_exit(NULL);  
21     return 0;  
22 }  
23 void * add2(void *cnt)  
24 {        
25     pthread_mutex_lock(&(((ct_sum*)cnt)->lock));  
26     for(int i=50; i<101; i++)  
27     {   
28          (*(ct_sum*)cnt).sum += i;    
29     }  
30     pthread_mutex_unlock(&(((ct_sum*)cnt)->lock));  
31     pthread_exit(NULL);  
32     return 0;  
33 }  
34   
35 int main(void)  
36 {
37     pthread_t ptid1, ptid2;  
38     ct_sum cnt;  
39     pthread_mutex_init(&(cnt.lock), NULL);  
40     cnt.sum=0;  
41   
42     pthread_create(&ptid1, NULL, add1, &cnt);  
43     pthread_create(&ptid2, NULL, add2, &cnt);  
44    
45     pthread_join(ptid1,NULL);  
46     pthread_join(ptid2,NULL);
47 
48     printf("sum %d\n", cnt.sum);
49     pthread_mutex_destroy(&(cnt.lock));  
50 
51     return 0;  
52 }