互斥锁与条件变量的用法（转）
一、互斥锁
互斥量从本质上说就是一把锁, 提供对共享资源的保护访问。
1. 初始化:
在Linux下, 线程的互斥量数据类型是pthread_mutex_t. 在使用前, 要对它进行初始化:
对于静态分配的互斥量, 可以把它设置为PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER, 或者调用pthread_mutex_init.
对于动态分配的互斥量, 在申请内存(malloc)之后, 通过pthread_mutex_init进行初始化, 并且在释放内存(free)前
需要调用pthread_mutex_destroy.
原型:
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restric attr);
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
头文件:
返回值: 成功则返回0, 出错则返回错误编号.
说明: 如果使用默认的属性初始化互斥量, 只需把attr设为NULL. 其他值在以后讲解。
2. 互斥操作:
对共享资源的访问, 要对互斥量进行加锁, 如果互斥量已经上了锁, 调用线程会阻塞, 直到互斥量被解锁. 在完成了
对共享资源的访问后, 要对互斥量进行解锁。
首先说一下加锁函数:
头文件:
原型:
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
返回值: 成功则返回0, 出错则返回错误编号.
说明: 具体说一下trylock函数, 这个函数是非阻塞调用模式, 也就是说, 如果互斥量没被锁住, trylock函数将把互斥量加锁,
并获得对共享资源的访问权限; 如果互斥量被锁住了, trylock函数将不会阻塞等待而直接返回EBUSY, 表示共享资源处于忙状态。
再说一下解所函数:
头文件:
原型: int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
返回值: 成功则返回0, 出错则返回错误编号.
3. 死锁:
死锁主要发生在有多个依赖锁存在时, 会在一个线程试图以与另一个线程相反顺序锁住互斥量时发生. 如何避免死锁
是使用互斥量应该格外注意的东西。
总体来讲, 有几个不成文的基本原则:
对共享资源操作前一定要获得锁。
完成操作以后一定要释放锁。
尽量短时间地占用锁。
如果有多锁, 如获得顺序是ABC连环扣, 释放顺序也应该是ABC。
线程错误返回时应该释放它所获得的锁。
下面给个测试小程序进一步了解互斥，mutex互斥信号量锁住的不是一个变量，而是阻塞住一段程序。如果对一个mutex变
量testlock, 执行了第一次pthread_mutex_lock(testlock)之后，在unlock(testlock)之前的这段时间内，如果有其他线程也执
行到了pthread_mutex_lock(testlock)，这个线程就会阻塞住，直到之前的线程unlock之后才能执行，由此，实现同步，也就
达到保护临界区资源的目的。
#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
static pthread_mutex_t testlock;
pthread_t test_thread;
void *test()
{
pthread_mutex_lock(&testlock);
printf("thread Test() \n");
pthread_mutex_unlock(&testlock);
}
int main()
{
pthread_mutex_init(&testlock, NULL);
pthread_mutex_lock(&testlock);
printf("Main lock \n");
pthread_create(&test_thread, NULL, test, NULL);
sleep(1); //更加明显的观察到是否执行了创建线程的互斥锁
printf("Main unlock \n");
pthread_mutex_unlock(&testlock);
sleep(1);
pthread_join(test_thread,NULL);
pthread_mutex_destroy(&testlock);
return 0;
}
make
gcc -D_REENTRANT -lpthread -o test test.c
结果：
Main lock
Main unlock
thread Test()
二、条件变量
这里主要说说 pthread_cond_wait()的用法，在下面有说明。
条件变量是利用线程间共享的全局变量进行同步的一种机制，主要包括两个动作：一个线程等待"条件变量的条件成立"而
挂起；另一个线程使"条件成立"（给出条件成立信号）。为了防止竞争，条件变量的使用总是和一个互斥锁结合在一起。
1． 创建和注销
条件变量和互斥锁一样，都有静态动态两种创建方式，静态方式使用PTHREAD_COND_INITIALIZER常量，如下：
pthread_cond_t cond=PTHREAD_COND_INITIALIZER
动态方式调用pthread_cond_init()函数，API定义如下：
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr)
尽管POSIX标准中为条件变量定义了属性，但在LinuxThreads中没有实现，因此cond_attr值通常为NULL，且被忽略。
注销一个条件变量需要调用pthread_cond_destroy()，只有在没有线程在该条件变量上等待的时候才能注销这个条件变量，
否则返回EBUSY。因为Linux实现的条件变量没有分配什么资源，所以注销动作只包括检查是否有等待线程。API定义如下：
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond)
2． 等待和激发
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex)
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex, const struct timespec *abstime)
等待条件有两种方式：无条件等待pthread_cond_wait()和计时等待pthread_cond_timedwait()，其中计时等待方式如果在给
定时刻前条件没有满足，则返回ETIMEOUT，结束等待，其中abstime以与time()系统调用相同意义的绝对时间形式出现，0表
示格林尼治时间1970年1月1日0时0分0秒。
无论哪种等待方式，都必须和一个互斥锁配合，以防止多个线程同时请求pthread_cond_wait()（或pthread_cond_timedwait()，
下同）的竞争条件（Race Condition）。mutex互斥锁必须是普通锁（PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP）或者适应锁
（PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP），且在调用pthread_cond_wait()前必须由本线程加锁（pthread_mutex_lock()），而在
更新条件等待队列以前，mutex保持锁定状态，并在线程挂起进入等待前解锁。在条件满足从而离开pthread_cond_wait()之前，
mutex将被重新加锁，以与进入pthread_cond_wait()前的加锁动作对应。 执行pthread_cond_wait()时自动解锁互斥量(如同执
行了 pthread_unlock_mutex)，并等待条件变量触发。这时线程挂起，不占用 CPU 时间，直到条件变量被触发。
激发条件有两种形式，pthread_cond_signal()激活一个等待该条件的线程，存在多个等待线程时按入队顺序激活其中一个；而
pthread_cond_broadcast()则激活所有等待线程。 两者 如果没有等待的线程，则什么也不做。
下面一位童鞋问的问题解释了上面的说明：
当pthread_cond_t调用pthread_cond_wait进入等待状态时,pthread_mutex_t互斥信号无效了.
示例代码如下:
//多线程同步--条件锁(相当与windows的事件)测试
//要先让pthread_cond_wait进入等待信号状态,才能调用pthread_cond_signal发送信号,才有效.
//不能让pthread_cond_signal在pthread_cond_wait前面执行
#include <stdio.h>
#include<pthread.h> //多线程所用头文件
#include <semaphore.h> //信号量使用头文件
pthread_cond_t g_cond /*=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER*/; //申明条锁,并用宏进行初始化
pthread_mutex_t g_mutex ;
//线程执行函数
void threadFun1(void)
{
int i;
pthread_mutex_lock(&g_mutex); //1
pthread_cond_wait(&g_cond,&g_mutex); //如g_cond无信号,则阻塞
for( i = 0;i < 2; i++ ){
printf("thread threadFun1.\n");
sleep(1);
}
pthread_cond_signal(&g_cond);
pthread_mutex_unlock(&g_mutex);
}
int main(void)
{
pthread_t id1; //线程的标识符
pthread_t id2;
pthread_cond_init(&g_cond,NULL); //也可以程序里面初始化
pthread_mutex_init(&g_mutex,NULL); //互斥变量初始化
int i,ret;
ret = pthread_create(&id1,NULL,(void *)threadFun1, NULL);
if ( ret!=0 ) { //不为0说明线程创建失败
printf ("Create pthread1 error!\n");
exit (1);
}
sleep(5); //等待子线程先开始
pthread_mutex_lock(&g_mutex); //2
pthread_cond_signal(&g_cond); //给个开始信号,注意这里要先等子线程进入等待状态在发信号,否则无效
pthread_mutex_unlock(&g_mutex);
pthread_join(id1,NULL);
pthread_cond_destroy(&g_cond); //释放
pthread_mutex_destroy(&g_mutex); //释放
return 0;
}
大家请看红颜色的1和2.
明明是1先锁了互斥变量,但代码执行到2还是一样可以锁定.
为什么会这样呢????/
pthread_cond_wait()什么情况才会接锁,继续跑下去啊...现在来看一段典型的应用：看注释即可。
问题解释：当程序进入pthread_cond_wait等待后，将会把g_mutex进行解锁，当离开pthread_cond_wait之前，
g_mutex会重新加锁。所以在main中的g_mutex会被加锁。 呵呵。。。
现在来看一段典型的应用：看注释即可。
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
static pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
static pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
struct node {
int n_number;
struct node *n_next;
} *head = NULL;
/*[thread_func]*/
static void cleanup_handler(void *arg)
{
printf("Cleanup handler of second thread.\n");
free(arg);
(void)pthread_mutex_unlock(&mtx);
}
static void *thread_func(void *arg)
{
struct node *p = NULL;
pthread_cleanup_push(cleanup_handler, p);
while (1) {
pthread_mutex_lock(&mtx); //这个mutex主要是用来保证pthread_cond_wait的并发性
while (head == NULL) { //这个while要特别说明一下，单个pthread_cond_wait功能很完善，为何这里要有一
个while (head == NULL)呢？因为pthread_cond_wait里的线程可能会被意外唤醒，如果这个时候head != NULL，
则不是我们想要的情况。这个时候，应该让线程继续进入pthread_cond_wait
pthread_cond_wait(&cond, &mtx); // pthread_cond_wait会先解除之前的pthread_mutex_lock锁定的mtx，然后
阻塞在等待对列里休眠，直到再次被唤醒（大多数情况下是等待的条件成立而被唤醒，唤醒后，该进程会先锁定先
pthread_mutex_lock(&mtx);，再读取资源， 用这个流程是比较清楚的/*block-->unlock-->wait() return-->lock*/
}
p = head;
head = head->n_next;
printf("Got %d from front of queue\n", p->n_number);
free(p);
pthread_mutex_unlock(&mtx); //临界区数据操作完毕，释放互斥锁
}
pthread_cleanup_pop(0);
return 0;
/*EC_CLEANUP_BGN
(void)pthread_mutex_unlock(&mtx);
EC_FLUSH("thread_func")
return 1;
EC_CLEANUP_END*/
}
/*[]*/
int main(void)
{
pthread_t tid;
int i;
struct node *p;
pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL); //子线程会一直等待资源，类似生产者和消费者，但是这里的消费者
可以是多个消费者，而不仅仅支持普通的单个消费者，这个模型虽然简单，但是很强大
/*[tx6-main]*/
for (i = 0; i < 10; i++) {
p = malloc(sizeof(struct node));
p->n_number = i;
pthread_mutex_lock(&mtx); //需要操作head这个临界资源，先加锁，
p->n_next = head;
head = p;
pthread_cond_signal(&cond);
pthread_mutex_unlock(&mtx); //解锁
sleep(1);
}
printf("thread 1 wanna end the line.So cancel thread 2.\n");
pthread_cancel(tid); //关于pthread_cancel，有一点额外的说明，它是从外部终止子线程，子线程会在最近的取消点，退出线程，
而在我们的代码里，最近的取消点肯定就是pthread_cond_wait()了。关于取消点的信息，有兴趣可以google,这里不多说了
pthread_join(tid, NULL);
printf("All done -- exiting\n");
return 0;
/*[]*/
/*EC_CLEANUP_BGN
return EXIT_FAILURE;
EC_CLEANUP_END*/
}
