互斥锁和读写锁的区别

原文地址:http://blog.csdn.NET/u012884354/article/details/46691761

相交进程之间的关系主要有两种,同步与互斥。

所谓互斥,是指散布在不同进程之间的若干程序片断,当某个进程运行其中一个程序片段时,其它进程就不能运行它们之中的任一程序片段,只能等到该进程运行完这个程序片段后才可以运行。

所谓同步,是指散布在不同进程之间的若干程序片断,它们的运行必须严格按照规定的某种先后次序来运行,这种先后次序依赖于要完成的特定的任务。
  显然,同步是一种更为复杂的互斥,而互斥是一种特殊的同步。
  也就是说互斥是两个线程之间不可以同时运行,他们会相互排斥,必须等待一个线程运行完毕,另一个才能运行,而同步也是不能同时运行,但他是必须要安照某种次序来运行相应的线程(也是一种互斥)!
  总结:互斥:是指某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问,具有唯一性和排它性。但互斥无法限制访问者对资源的访问顺序,即访问是无序的。
  同步:是指在互斥的基础上(大多数情况),通过其它机制实现访问者对资源的有序访问。在大多数情况下,同步已经实现了互斥,特别是所有写入资源的情况必定是互斥的。少数情况是指可以允许多个访问者同时访问资源。

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  1. 读写锁特点:  
  2. 1)多个读者可以同时进行读  
  3. 2)写者必须互斥(只允许一个写者写,也不能读者写者同时进行)  
  4. 3)写者优先于读者(一旦有写者,则后续读者必须等待,唤醒时优先考虑写者)  
  5.    
  6. 互斥锁特点:  
  7.   一次只能一个线程拥有互斥锁,其他线程只有等待  
  8.   
  9. 互斥锁  
  10. pthread_mutex_init()  
  11. pthread_mutex_lock()  
  12. pthread_mutex_unlock()  

  13. 读写锁  
  14. pthread_rwlock_init()  
  15. pthread_rwlock_rdlock()  
  16. pthread_rwlock_wrlock()  
  17. pthread_rwlock_unlock()  

  18. 条件变量  
  19. pthread_cond_init()  
  20. pthread_cond_wait()  
  21. pthread_cond_signal()  


条件变量(Condtion Variable)是在多线程程序中用来实现“等待->唤醒”逻辑常用的方法。

举个简单的例子,应用程序A中包含两个线程t1和t2。t1需要在bool变量test_cond为true时才能继续执行,而test_cond的值是由t2来改变的,这种情况下,如何来写程序呢?可供选择的方案有两种:

第一种是t1定时的去轮询变量test_cond,如果test_cond为false,则继续休眠;如果test_cond为true,则开始执行。 第二种就是上面提到的条件变量,t1在test_cond为false时调用cond_wait进行等待,t2在改变test_cond的值后,调用cond_signal,唤醒在等待中的t1,告诉t1 test_cond的值变了,这样t1便可继续往下执行。

      很明显,上面两种方案中,第二种方案是比较优的。在第一种方案中,在每次轮询时,如果t1休眠的时间比较短,会导致cpu浪费很厉害;如果t1休眠的时间比较长,又会导致应用逻辑处理不够及时,致使应用程序性能下降。第二种方案就是为了解决轮询的弊端而生的。然而条件变量在使用的过程中,比较容易出错,如何用得不正确的话,会适得其反的,接下来,我将详细分析如何来使用条件变量,希望能够给在使用条件变量过程中遇到问题的朋友有所帮助。
      在开始介绍之前,需要说明一下,在接下来的介绍中,需要用到互斥锁和条件变量相关的内容,在这里我以Linux下的pthread_mutex_t为互斥锁类型,pthread_cond_t为条件变量类型来进行介绍,对pthread不熟的朋友,可以参考一下linux下的manual。
      1. 下面是把刚开始举的例子翻译后的程序:

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pthread_mutex_t mutex;  ///< 互斥锁
pthread_cond_t  cond;   ///< 条件变量
bool test_cond = false;
/// TODO 初始化mutex和cond
 
/// thread 1:
pthread_mutex_lock(&mutex);            ///< 1
while (!test_cond)
{
    pthread_cond_wait(&cond, &mutex);  ///< 2,3
}
pthread_mutex_unlock(&mutex);          ///< 4
RunThread1Func();
 
/// thread 2:
pthread_mutex_lock(&mutex);            ///< 5
test_cond = true;
pthread_cond_signal(&cond);
pthread_mutex_unlock(&mutex);          ///< 6
 
/// TODO 销毁mutex和cond

      通过上面的例子,下面我来介绍一下条件变量在使用过程中需要注意的几点(也是比较容易出错的):
      (1)条件变量的使用过程中,最为关键的一点是互斥锁的使用。细心的朋友应该发现了,我在上面的例子中标了1、2、3、4、5、6个标号。在这里1、4、5、6都是正常的lock/unlock,2、3是需要特别说明的。2是进入pthread_cond_wait后的,pthread_cond_wait调的pthread_mutex_unlock,这样做的目的是为了保证在thread1阻塞wait后,thread2获取同一把锁mutex的时候,能够正常获取(即5,6)。3是thread1被唤醒后,要退出pthead_cond_wait之前,pthread_cond_wait调的pthread_mutex_lock,这样做的目的是为了把mutex的控制权还给调用pthread_cond_wait的线程(即thread1)。整理一下基本的时序为:

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thread 1 lock->thread 1 wait-> thread 1 unlock(in wait)
->thread 2 lock->thread 2 signal->thread 2 unlock
->thread 1 lock(in wait)->thread 1 unlock

      (2)条件变量使用的过程中,通常会加一个bool或者int的值test_cond来配合使用。这里需要注意的一点是一定要在signal之前来改变test_cond,这样才能保证wait的线程被唤醒后,能够取到正确的test_cond的值,否则后果是不可预测的。


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