例说读者写者模型

前面我们学习了生产者和消费者模型，想了解一下的可以去看看这篇客：
http://blog.csdn.net/bit_clearoff/article/details/55805884

什么是读者写者模型

读者和写者模型是操作系统中的一种同步与互斥机制，它与消费者和生产者模型类似，但也有不同的地方，最明显的一个特点是在读者写者模型中，多个多者之间可以共享“仓库”，读者与读者之间采用了并行机制；而在消费者和生产者模型中，消费者只能有一个独占仓库，消费者与消费者是竞争关系。下图展示了读者与写者模型：

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读者写者模型的要具有的条件

1. 写者是排它性的，即在有多个写者的情况下，只能有一个写者占有“仓库”；
2. 读者的并行机制：可以运行多个读者去访问仓库；
3. 如果读者占有了仓库，那么写者则不能占有；

读者写者模型的关系

1. 读者优先：读者先来读取数据，此时写者处于阻塞状态，当读者都读取完数据后且没有读者了时写者才能访问仓库；
2. 写者优先：类似与读者优先的情况；
3. 公平情况：写者与读者访问“仓库”优先级相等，谁先进入优先级队列谁先访问；

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读写锁

什么是读写锁

读写锁与互斥量类似，不过读写锁允许更高的并行性。它有三种状态：读模式下加锁状态、写模式下加锁状态、不加锁状态，另外，一次只有一个线程可以占用写模式下的读写锁，但是可以有多个线程可以占有读模式下的读写锁。

读写锁状态

1. 写加锁状态:当处于写加锁状态时，在被解锁之前，所有试图对锁进行访问的进行都会被阻塞；
2. 读加锁状态：当处于读加锁状态时，所有试图以读模式对这个锁进行访问的线程都可以获得访问权，但是任何以写模式对此锁进行访问的线程都会被阻塞，直到所有的线程都释放他们的读状态锁为止。

注意：当读写锁处于读模式加锁的状态时，这时有一个线程试图以写模式来获取锁，读写锁通常会阻塞随后的读模式锁请求，这样做事为了避免读模式锁长期占用资源，导致写模式饥饿。

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读写锁的接口

1. 读写锁的类型

在Linux系统下，读写锁被定义为pthread_rwlock_t类型，但是其本质上还是一个内存计数器。

2. 读写锁的初始化

使用pthread_rwlock_init函数进行初始化；

 int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);
 //return val: success return zero

参数attr表示的是初始化读写锁的属性，如果想使用默认属性，直接将该参数设置为NULL即可。
另外在single UNIX Specification中，在XSI还扩展了用PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER宏来进行初始化。

3. 读写锁的销毁

在释放读写锁的内存前，需要调用pthread_rwlock_destroy函数来对读写锁进行清理工作，在清理函数中一般是释放初始化函数对读写锁分配的资源。

4. 读模式下锁定读写锁

由于读加锁和写加锁这两种状态的实现机制不同，所以他们的加锁函数也就不相同，下面是读加锁函数

       int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
       int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
//成功返回0，失败返回错误码

使用时的注意事项：因为操作系统对读者数量有限制，所以当我们使用读加锁函数时最好能判断一下返回值。

5. 写加锁函数

       int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
       int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
//返回值：成功返回0，失败返回错误码

6. 解锁函数

对于读加锁写加锁而言，他们所使用的解锁函数都是相同的。

       int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
       //返回值：成功返回0，失败返回错误码。

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相关案例

为了演示本文中提到的读者和写者模型，我做了下面的测试案例，使用线程来模拟读者和写者，使用链表来模拟读者和写着交换数据的仓库，写者负责向链表中添加数据，而读者负责从链表中读取数据，我们来看看使用读写锁后的测试结果：

下面给出案例代码：

//读者和写者场景模拟代码

/*************************************************************************
    > File Name: Read_Write.c
    > Author: LZH
    > Mail: [email protected] 
    > Created Time: Sun 19 Feb 2017 10:56:59 PM PST
 ************************************************************************/
#include "myList.h"
#include

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

pthread_rwlock_t lock;

void* Pthread_Write(void* arg)
{
    Node_p head=(Node_p)arg;
    while(1)
    {   
        sleep(1);
        int ret=pthread_rwlock_wrlock(&lock);
        if(ret!=0){
            perror("wrlock error..\n");
            return (void*) -1;
        }
        int data1=rand()%1000;
        int data2=rand()%1000;
        PushHead(head,data1);
        PushHead(head,data2);
        sleep(1);
        printf("Writer write data:%d,%d to list.\n",data1,data2);
        pthread_rwlock_unlock(&lock);
    }
    return (void*) 0;
}

void* Pthread_Read1(void* arg)
{
    Node_p head=(Node_p)arg;
    while(1)
    {   
        sleep(1);
        int ret=pthread_rwlock_rdlock(&lock);
        if(ret!=0){
            perror("rdlock error..\n");
            return (void*) -1;
        }
        int data=0;
        PopHead(head,&data);
        sleep(1);
        printf("Reader1 receive data:%d from list.\n",data);
        pthread_rwlock_unlock(&lock);
    }
    return (void*) 0;
}

void* Pthread_Read2(void* arg)
{
    Node_p head=(Node_p)arg;
    while(1)
    {   
        sleep(1);
        int ret=pthread_rwlock_rdlock(&lock);
        if(ret!=0){
            perror("rdlock error..\n");
            return (void*) -1;
        }
        int data=0;
        PopHead(head,&data);
        sleep(1);
        printf("Reader2 receive data:%d from list.\n",data);
        pthread_rwlock_unlock(&lock);
    }
    return (void*) 0;
}

int main()
{
    printf("Read and Write model...\n");
    Node_p head;
    ListInit(&head);
    printf("lock:%d\n",lock);
    pthread_t tid1,tid2,tid3;
    pthread_rwlock_init(&lock,NULL);
    pthread_create(&tid1,NULL,Pthread_Write,(void*)head);
    pthread_create(&tid2,NULL,Pthread_Read1,(void*)head);
    pthread_create(&tid3,NULL,Pthread_Read2,(void*)head);

    pthread_join(tid1,NULL);
    pthread_join(tid2,NULL);
    pthread_join(tid3,NULL);

    pthread_rwlock_destroy(&lock);
    return 0;
}

//链表源文件

#include "myList.h"

Node_p AllocNode(int data)
{
    Node_p NewNode=(Node_p)malloc(sizeof(Node));
    if(NewNode==NULL)
    {
        perror("malloc..\n");
        return ;
    }
    NewNode->data=data;
    NewNode->next=NULL;

    return NewNode;
}

int IsEmpty(Node_p list)
{
    assert(list);
    if(list->next!=NULL)
    {
        return 0;
    }
    else
    {
        return 1;
    }
}

void ListInit(Node_pp head)
{
    *head=AllocNode(0); 
}

void PushHead(Node_p list,int data)
{
    assert(list);

    Node_p NewNode=AllocNode(data);
    NewNode->next=list->next;
    list->next=NewNode;
}

void DelNode(Node_p node)
{
    assert(node);
    free(node);
    node=NULL;
}

void PopHead(Node_p list,int *data)
{
    assert(data);
    if(IsEmpty(list))
    {
        printf("the list empty..\n");
        return;
    }
    Node_p dNode=list->next;
    list->next=dNode->next;
    *data=dNode->data;
    DelNode(dNode);
}

void ShowList(Node_p list)
{   
    assert(list);
    Node_p cur=list->next;
    while(cur)
    {
        printf("%d ",cur->data);
        cur=cur->next;
    }
    printf("\n");
}


void DestroyList(Node_p list)
{
    assert(list);
    int data=0;
    while(list->next)
    {
        PopHead(list,&data);
    }

    free(list);
    list=NULL;
    printf("list is destroy...\n");
}

下面我给出整个案例的源码链接（包含Makefile）,大家可以自己下去运行：
https://github.com/clearoff/C-Test/tree/master/%E8%AF%BB%E8%80%85%E4%B8%8E%E5%86%99%E8%80%85%E6%A8%A1%E5%9E%8B