9.2.2 線程之間的同步與互斥

　　由于線程共享進(jìn)程的資源和地址空間，因此在對這些資源進(jìn)行操作時(shí)，必須考慮到線程間資源訪問的同步與互斥問題。這里主要介紹POSIX中兩種線程同步機(jī)制，分別為互斥鎖和信號量。這兩個(gè)同步機(jī)制可以互相通過調(diào)用對方來實(shí)現(xiàn)，但互斥鎖更適合用于同時(shí)可用的資源是惟一的情況;信號量更適合用于同時(shí)可用的資源為多個(gè)的情況。

　　1.互斥鎖線程控制

　　(1)函數(shù)說明。

　　互斥鎖是用一種簡單的加鎖方法來控制對共享資源的原子操作。這個(gè)互斥鎖只有兩種狀態(tài)，也就是上鎖和解鎖，可以把互斥鎖看作某種意義上的全局變量。在同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程掌握某個(gè)互斥鎖，擁有上鎖狀態(tài)的線程能夠?qū)蚕碣Y源進(jìn)行操作。若其他線程希望上鎖一個(gè)已經(jīng)被上鎖的互斥鎖，則該線程就會(huì)掛起，直到上鎖的線程釋放掉互斥鎖為止?？梢哉f，這把互斥鎖保證讓每個(gè)線程對共享資源按順序進(jìn)行原子操作。

　　互斥鎖機(jī)制主要包括下面的基本函數(shù)。

　　n 互斥鎖初始化：pthread_mutex_init()

　　n 互斥鎖上鎖：pthread_mutex_lock()

　　n 互斥鎖判斷上鎖：pthread_mutex_trylock()

　　n 互斥鎖接鎖：pthread_mutex_unlock()

　　n 消除互斥鎖：pthread_mutex_destroy()

　　其中，互斥鎖可以分為快速互斥鎖、遞歸互斥鎖和檢錯(cuò)互斥鎖。這3種鎖的區(qū)別主要在于其他未占有互斥鎖的線程在希望得到互斥鎖時(shí)是否需要阻塞等待?？焖冁i是指調(diào)用線程會(huì)阻塞直至擁有互斥鎖的線程解鎖為止。遞歸互斥鎖能夠成功地返回，并且增加調(diào)用線程在互斥上加鎖的次數(shù)，而檢錯(cuò)互斥鎖則為快速互斥鎖的非阻塞版本，它會(huì)立即返回并返回一個(gè)錯(cuò)誤信息。默認(rèn)屬性為快速互斥鎖。

　　(2)函數(shù)格式。

　　表9.5列出了pthread_mutex_init()函數(shù)的語法要點(diǎn)。

　　表9.6列出了pthread_mutex_lock()等函數(shù)的語法要點(diǎn)。

　　(3)使用實(shí)例。

　　下面的實(shí)例是在9.2.1小節(jié)示例代碼的基礎(chǔ)上增加互斥鎖功能，實(shí)現(xiàn)原本獨(dú)立與無序的多個(gè)線程能夠按順序執(zhí)行。

　　/*thread_mutex.c*/

　　#include

　　#include

　　#include

　　#define THREAD_NUMBER 3 /* 線程數(shù) */

　　#define REPEAT_NUMBER 3 /* 每個(gè)線程的小任務(wù)數(shù) */

　　#define DELAY_TIME_LEVELS 10.0 /*小任務(wù)之間的最大時(shí)間間隔*/

　　pthread_mutex_t mutex;

　　void *thrd_func(void *arg)

　　{

　　int thrd_num = (int)arg;

　　int delay_time = 0, count = 0;

　　int res;

　　/* 互斥鎖上鎖 */

　　res = pthread_mutex_lock(&mutex);

　　if (res)

　　{

　　printf("Thread %d lock failedn", thrd_num);

　　pthread_exit(NULL);

　　}

　　printf("Thread %d is startingn", thrd_num);

　　for (count = 0; count < REPEAT_NUMBER; count++)

　　{

　　delay_time = (int)(rand() * DELAY_TIME_LEVELS/(RAND_MAX)) + 1;

　　sleep(delay_time);

　　printf("tThread %d: job %d delay = %dn",

　　thrd_num, count, delay_time);

　　}

　　printf("Thread %d finishedn", thrd_num);

　　pthread_exit(NULL);

　　}

　　int main(void)

　　{

　　pthread_t thread[THREAD_NUMBER];

　　int no = 0, res;

　　void * thrd_ret;

　　srand(time(NULL));

　　/* 互斥鎖初始化 */

　　pthread_mutex_init(&mutex, NULL);

　　for (no = 0; no < THREAD_NUMBER; no++)

　　{

　　res = pthread_create(&thread[no], NULL, thrd_func, (void*)no);

　　if (res != 0)

　　{

　　printf("Create thread %d failedn", no);

　　exit(res);

　　}

　　}

　　printf("Create treads successn Waiting for threads to finish...n");

　　for (no = 0; no < THREAD_NUMBER; no++)

　　{

　　res = pthread_join(thread[no], &thrd_ret);

　　if (!res)

　　{

　　printf("Thread %d joinedn", no);

　　}

　　else

　　{

　　printf("Thread %d join failedn", no);

　　}

　　/* 互斥鎖解鎖 */

　　pthread_mutex_unlock(&mutex);

　　}

　　pthread_mutex_destroy(&mutex);

　　return 0;

　　}

　　該實(shí)例的運(yùn)行結(jié)果如下所示。這里3個(gè)線程之間的運(yùn)行順序跟創(chuàng)建線程的順序相同。

　　$ ./thread_mutex

　　Create treads success

　　Waiting for threads to finish...

　　Thread 0 is starting

　　Thread 0: job 0 delay = 7

　　Thread 0: job 1 delay = 7

　　Thread 0: job 2 delay = 6

　　Thread 0 finished

　　Thread 0 joined

　　Thread 1 is starting

　　Thread 1: job 0 delay = 3

　　Thread 1: job 1 delay = 5

　　Thread 1: job 2 delay = 10

　　Thread 1 finished

　　Thread 1 joined

　　Thread 2 is starting

　　Thread 2: job 0 delay = 6

　　Thread 2: job 1 delay = 10

　　Thread 2: job 2 delay = 8

　　Thread 2 finished

　　Thread 2 joined