Linux线程互斥

1. 进程线程间的互斥相关背景概念

临界资源：多线程执行流都能看到并且能访问的资源。
临界区：每个线程内部，访问临界资源的代码。

临界资源，可能会因为共同访问，可能会造成数据不一致问题。下面我们就以一个多线程抢票的方式来举例说明。

我们让每个线程都回调这个函数去抢票，当票为0的时候就结束。

运行结果：

可能大家已经可以发现问题了。为什么会出现这样的情况呢？

这就是多线程并发访问临界资源，产生数据不一致问题。
首先，我们要理解if(tickets>0)和tickets- -这两个执行过程：

这是刚开始tickets在内存的状态，现在我们要执行减减，那么第一步：将tickets加载到CPU中。

第二步：CPU进行减减操作。

第三步：将算出的数据写回内存中。

这是一个执行流执行完整情况下的过程。但是前面说过：1.在执行的过程中，任何时候，线程都可能被切换。2.CPU内的寄存器是被所有的执行流共享的，但是寄存器里面的数据是属于当前执行流的上下文数据。线程被切换的时候，线程需要保存上下文。线程被换回的时候，线程需要恢复上下文。

如果线程A在执行到第二步的时候，被切换线程B了，那么线程A就会把CPU中的上下文数据保存下来。

如果线程B抢了许多的票，将10000变成50。此时线程A再被调度，恢复它的上下文数据，再去执行第3步。

此时数据又变成了9999，可能就会造成票越来越多的情况。

如果我们要判断if(tickets>0)：

也是一样的道理，如果此时只有一张票，线程A执行第一步完成后，切换成线程B，这样A和B都看到的都是1，这样在判断的时候，两个都是1，都会减减，就可能会出现负数票。

那么解决办法是什么呢？
解决办法就是让每次执行不打扰，让它变成原子的。
原子性：不会被任何调度机制打断的操作，该操作只有两态，要么完成，要么未完成。、

那么下面也有了新的概念：
互斥：任何时刻，互斥保证有且只有一个执行流进入临界区，访问临界资源，通常对临界资源起保护作用。

那么在Linux中，引入了互斥锁来解决这个问题，它在原生线程库里也实现了。

2. 创建锁和使用锁

这里定义的是一个全局锁，有锁的初始化和锁定释放。


知道怎么创建锁了，就需要使用它。

这里是加锁，尝试锁，取消锁。

我们可以在这里加锁和解锁吗？

我们可以看到运行结果：它只有一个线程来抢票了，其它线程抢不了了。

加锁的本质是让线程执行临界区代码串行化，只要对临界区加锁就行了，并且加锁的粒度约细越好。

我们看这样加锁解锁行不行。

可以从运行结果看到：在这里不动了。因为在tickets为0的时候，break了。然后跳出循环，没有解锁。而线程1和线程2都在等这个锁释放，所以不退出，那么pthread_join就一直阻塞等待。

我们看一下这个运行结果：

大家可以看到都是线程3在抢票，其它线程都抢不到票，因为线程1和线程2在阻塞或者挂起，而线程3是加锁，CPU会认为加锁比唤醒更加高效，所以就让线程3一直抢票了。

运行情况如下：

锁保护的是临界区, 任何线程执行临界区代码访问临界资源，都必须先申请锁，前提是都必须先看到锁！那么这把锁，本身不就也是临界资源吗？那么谁来保护它呢？
pthread_mutex_lock: 竞争和申请锁的过程，就是原子的。只存在申请成功和不成功。

除了上面用函数来初始化，我们还有其它的初始化方式。

用宏的方式：

我们可以用这个宏来初始化，使用 PTHREAD_ MUTEX_ INITIALIZER初始化的互斥量不需要销毁。

用static修饰局部变量：

并且我们也可以把锁的这个变量以地址的形式传给线程，让每个线程可以看到。

我们传递的是锁的地址，但是我们线程的名字就打印不出来了。或者说我们想获取线程的其它属性，那么我们可以用这样的方法：

我们可以定义一个线程的结构体，里面含有线程的数据，比如说线程的名字和锁的地址。

我们可以创建这样的一个空间，然后对里面的数据进行设置。

这样的方法就能获取线程的数据。

那么在加锁的临界区里面，就没有线程切换了吗？
答案是：还是可以切换的。因为线程在任意代码中都可以被切换。

那么在切换的时候，有没有线程进入临界区？
绝对不会有线程进入临界区。因为每个线程进入临界区都必须先申请锁。但当前的锁被切走了。

所以，我们尽量不要在临界区内做耗时的事情。