线程同步之互斥锁、读写锁和条件变量

一，使用互斥锁

1，初始化互斥量

 pthread_mutex_t mutex =PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;//静态初始化互斥量
 int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t*mutex,pthread_mutexattr_t*attr);//动态初始化互斥量
 int pthread_mutex_destory(pthread_mutex_t*mutex);//撤销互斥量

不能拷贝互斥量变量，但可以拷贝指向互斥量的指针，这样就可以使多个函数或线程共享互斥量来实现同步。上面动态申请的互斥量需要动态的撤销。

2，加锁和解锁互斥量

 int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
 int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
 int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t*mutex);

当调用pthread_mutex_lock加锁互斥量时，如果此时互斥量已经被锁住，则调用线程将被阻塞。而pthread_mutex_trylock函数当调用互斥量已经被锁住时调用该函数将返回错误代码EBUSY。使用和信号量一样，先锁住互斥量再处理共享数据，最后解锁互斥量。

针对上信号量中的实例进行修改得

 #include<pthread.h>
 #include<stdio.h>
 #include<semaphore.h>
 #define NITERS 100000000
 /*共享变量*/
 unsigned int cnt = 0;
 //sem_t mutex;
 pthread_mutex_t mutex;
 void *count(void *arg)
 {
     int i;
     for(i=0;i<NITERS;i++)
     {
         //sem_wait(&mutex);
         pthread_mutex_lock(&mutex);
         cnt++;
         pthread_mutex_unlock(&mutex);
         //sem_post(&mutex);
     }
     return arg;
 }
 int main()
 {
     pthread_t tid1,tid2;
     int status;
 //  sem_init(&mutex,0,1);
     pthread_mutex_init(&mutex,NULL);

     pthread_mutex_destroy(&mutex);
     if(cnt!=(unsigned)NITERS*2)
         printf("Boom!,cnt=%d\n",cnt);
     else
         printf("Ok cnt=%d\n",cnt);
     return 0;
 }

3，使用多个互斥量

使用多个互斥量可能造成死锁问题。如下：

线程1                                                                                  线程2

pthread_mutex_lock(&mutex_a);                     pthread_mutex_lock(&mutex_b);

pthread_mutex_lock(&mutex_b);                     pthread_mutex_lock(&mutex_a);

当两个线程都完成第一步时，都无法完成第二步，将造成死锁。可以通过以下两种方法来避免死锁；

固定加锁层次：所有需要同时加锁互斥量A和互斥量B的代码，必须先加锁A再加锁B。

试加锁和回退：在锁住第一个互斥量后，使用pthread_mutex_trylock来加锁其他互斥量，如果失败则将已加锁的互斥量释放，并重新加锁。

二，使用读写锁

通过读写锁，可以对受保护的共享资源进行并发读取和独占写入。读写锁是可以在读取或写入模式下锁定的单一实体。要修改资源，线程必须首先获取互斥写锁。必须释放所有读锁之后，才允许使用互斥写锁。

高级别锁，区分读和写，符合条件时允许多个线程访问对象。处于读锁操作时可以允许其他线程和本线程的读锁， 但不允许写锁， 处于写锁时则任何锁操作都会睡眠等待；常见的操作系统会在写锁等待时屏蔽后续的读锁操作以防写锁被无限孤立而等待，在操作系统不支持情况下可以用引用计数加写优先等待来用互斥锁实现。 读写锁适用于大量读少量写的环境，但由于其特殊的逻辑使得其效率相对普通的互斥锁和自旋锁要慢一个数量级；值得注意的一点是按POSIX标准 在线程申请读锁并未释放前本线程申请写锁是成功的，但运行后的逻辑结果是无法预测

1. 初始化和销毁:

 #include <pthread.h>
 int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);
 int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);

同互斥量一样, 在释放读写锁占用的内存之前, 需要先通过pthread_rwlock_destroy对读写锁进行清理工作, 释放由init分配的资源.

2.加锁和解锁

读取读写锁中的锁 int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
读取非阻塞读写锁中的锁 int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
写入读写锁中的锁   int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
写入非阻塞读写锁中的锁    int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
解除锁定读写锁 int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

三，条件变量

假如某个线程需要等待系统处于某种状态下才能继续执行，Linux为了解决这种问题引入了条件变量这种线程同步对象，条件变量是用来通知共享数据状态信息的，等待条件变量总是返回锁住的互斥量，条件变量是与互斥量相关、也与互斥量保护的共享数据相关的信号机制。条件变量不提供互斥，需要一个互斥量来同步对共享数据的访问，这就是为什么在等待条件变量时必须指定一个互斥量。

1）创建和销毁条件变量

 #include <pthread.h>
 pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
 int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,const pthread_condattr_t *restrict attr);
 int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

2）等待条件变量

 #include <pthread.h>
 int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond,pthread_mutex_t *restrict mutex,const struct timespec *restrict abstime);
 int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond,pthread_mutex_t *restrict mutex);

两个函数的差别在于前者指定一个超时时间，在该时间内阻塞调用线程，并等待条件变量，如果规定时间内条件还没有发生，则函数返回。每个条件变量必须一个特定互斥量关联，当线程等待条件变量时，他必须将相关互斥量锁住。在阻塞线程之前，条件变量等待操作将解锁互斥量，而在重新返回线程之前，会在次锁住互斥量。

3）唤醒条件变量等待线程

 #include <pthread.h>
 int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
 int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);

pthread_cond_signal将会激活等待线程中的一个；pthread_cond_broadcast将会激活所有的线程。另外请注意这两个函数也需要互斥量来保护