Linux——线程安全、互斥锁的使用

作者：小 琛
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为什么会有线程安全问题

我们知道，多线程编程时，创建出来的线程对应同一个虚拟地址空间，即拥有相同的数据，假设多个线程同时运行，都在访问同一个临界资源，就会出现问题。
例如：

因此，为了避免程序出现二义性，要保证在同一时刻，一个临界资源只能被一个执行流访问。

互斥锁的引入

互斥锁：本质上是一个计数器，而这个计数器的取值只有0或者1。
0代表不能加锁，意味着不能去访问临界资源，互斥锁当中的加锁接口就会进行阻塞；
1代表可以枷锁，意味着可以去访问临界资源，互斥锁中的加锁接口会正常返回。

互斥锁的使用函数接口

定义互斥锁
pthread_mutex_t ：//互斥锁变量类型

初始化互斥锁
int pthread_mutex_init (pthread_mutex_t* mutex, pthread_mutexattr_t * attr);
mutex: 传入互斥锁变量的地址
attr：设置互斥锁属性，通常我们使用默认属性传入NULL

加锁

1. 阻塞加锁：
   int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t* lock)
2. 非阻塞加锁：
   int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t* lock)
   规则：如果互斥锁当中计数器的值为1，则表示可以加锁，正常调用；如果互斥锁当中的计数器值为0，表示不可以加锁，报错返回。
3. 带有超时时间的加锁
   int pthread_mutext_timelock(pthread_mutex_t* lock，const struct timespec*)
   规则：当加锁时，若当前资源被其它执行流占用，则等待规定时间，若仍无法获取锁资源，报错返回

解锁
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t* lock)
执行流，不论采用哪种方式加锁，都可以调用该接口进行解锁。

摧毁互斥锁
int pthread_mutex_destory(pthread_mutex_t* lock)
释放动态初始化的互斥锁变量，防止内存泄漏

例子：抢票系统

假设有100张票，使用多线程编程，多个线程同时对100张票进行消耗，即- -操作，若不使用互斥锁，很可能导致某张票被抢好几次，很明显不符合逻辑。

使用如下代码，加入了互斥锁，一切正常

#include 
#include 
#include 

#define THREADCOUNT 4

int g_tickes = 100;
pthread_mutex_t lock;

void* ThreadStart(void* arg)
{
    (void)arg;
    while(1)
    {
        pthread_mutex_lock(&lock);
        if(g_tickes > 0)
        {
            g_tickes--; 
            usleep(100000);
            printf("i am thread [%p], i have ticket num is [%d]\n", pthread_self(), g_tickes + 1);
        }
        else
        {
            pthread_mutex_unlock(&lock);
            break;
        }
        pthread_mutex_unlock(&lock);
    }
    return NULL;
}

int main()
{
    pthread_mutex_init(&lock, NULL);
    pthread_t tid[THREADCOUNT];
    int i = 0;
    for(; i < THREADCOUNT; i++)
    {
        int ret = pthread_create(&tid[i], NULL, ThreadStart, NULL);
        if(ret < 0)
        {
            perror("pthread_create");
            return 0;
        }
    }

    for(i = 0; i < THREADCOUNT; i++)
    {
        pthread_join(tid[i], NULL);
    }

    pthread_mutex_destroy(&lock);
    return 0;
}

死锁的概念

死锁：程序中有一个执行流没有释放资源，导致其它想获取该互斥锁的执行流进入阻塞等待，而该执行流还想申请对方的锁，形成闭环，导致死锁。

死锁的4个条件
1、互斥：每一把锁都只能被一个执行力占用
2、请求+保持：每一个执行流占用一个锁，但仍在申请新的锁
3、循环等待：若干个执行力在拥有和占用情况下，形成了一个闭环
4、不可剥夺：互斥锁只能被当前拥有者释放

避免死锁
1、破坏必要条件
2、加锁顺序一直
3、避免锁的不被释放
4、一次性分配资源