pThreads線程（二） 線程同步--互斥量/鎖

　　互斥量（Mutex）是“mutual exclusion”的縮寫。互斥量是實現線程同步，和保護同時寫共享數據的主要方法。
　　互斥量對共享數據的保護就像一把鎖。在Pthreads中，任何時候僅有一個線程可以鎖定互斥量，因此，當多個線程嘗試去鎖定該互斥量時僅有一個會成功。直到鎖定互斥量的線程解鎖互斥量后，其他線程才可以去鎖定互斥量。線程必須輪着訪問受保護數據。
　　一個擁有互斥量的線程經常用於更新全局變量。確保了多個線程更新同樣的變量以安全的方式運行，最終的結果和一個線程處理的結果是相同的。這個更新的變量屬於一個“臨界區（critical section）”。

　　使用互斥量的典型順序如下：

• 創建和初始一個互斥量
• 多個線程嘗試去鎖定該互斥量
• 僅有一個線程可以成功鎖定改互斥量
• 鎖定成功的線程做一些處理
• 線程解鎖該互斥量
• 另外一個線程獲得互斥量，重復上述過程
• 最后銷毀互斥量

　　當多個線程競爭同一個互斥量時，失敗的線程會阻塞在lock調用處。可以用“trylock”替換“lock”，則失敗時不會阻塞。當保護共享數據時，程序員有責任去確認是否需要使用互斥量。如，若四個線程會更新同樣的數據，但僅有一個線程用了互斥量，則數據可能會損壞。

 

 

創建和銷毀互斥量:

pthread_mutex_init (mutex,attr)  
pthread_mutex_destroy (mutex)  
pthread_mutexattr_init (attr)  
pthread_mutexattr_destroy (attr) 

用法：

互斥量必須用類型pthread_mutex_t類型聲明，在使用前必須初始化，這里有兩種方法可以初始化互斥量：
聲明時靜態地，如： pthread_mutex_t mymutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
動態地用pthread_mutex_init()函數，這種方法允許設定互斥量的屬性對象attr。
互斥量初始化后是解鎖的。
attr對象用於設置互斥量對象的屬性，使用時必須聲明為pthread_mutext_attr_t類型，默認值可以是NULL。Pthreads標准定義了三種可選的互斥量屬性：

• 協議（Protocol）： 指定了協議用於阻止互斥量的優先級改變
• 優先級上限（Prioceiling）：指定互斥量的優先級上限
• 進程共享（Process-shared）：指定進程共享互斥量

注意所有實現都提供了這三個可先的互斥量屬性。
pthread_mutexattr_init()和pthread_mutexattr_destroy()函數分別用於創建和銷毀互斥量屬性對象。
pthread_mutex_destroy()應該用於釋放不需要再使用的互斥量對象。

鎖定和解鎖互斥量:

函數：

pthread_mutex_lock (mutex)  
pthread_mutex_trylock (mutex)  
pthread_mutex_unlock (mutex)  

用法：

線程用pthread_mutex_lock()函數去鎖定指定的mutex變量，若該mutex已經被另外一個線程鎖定了，該調用將會阻塞線程直到mutex被解鎖。
pthread_mutex_trylock() will attempt to lock a mutex. However, if the mutex is already locked, the routine will return immediately with a "busy" error code. This routine may be useful in pthread_mutex_trylock().

　　嘗試着去鎖定一個互斥量，然而，若互斥量已被鎖定，程序會立刻返回並返回一個忙錯誤值。該函數在優先級改變情況下阻止死鎖是非常有用的。線程可以用pthread_mutex_unlock()解鎖自己占用的互斥量。在一個線程完成對保護數據的使用，而其它線程要獲得互斥量在保護數據上工作時，可以調用該函數。若有一下情形則會發生錯誤：

• 互斥量已經被解鎖
• 互斥量被另一個線程占用

互斥量並沒有多么“神奇”的，實際上，它們就是參與的線程的“君子約定”。寫代碼時要確信正確地鎖定，解鎖互斥量。
Q：有多個線程等待同一個鎖定的互斥量，當互斥量被解鎖后，那個線程會第一個鎖定互斥量？
A：除非線程使用了優先級調度機制，否則，線程會被系統調度器去分配，那個線程會第一個鎖定互斥量是隨機的。

用例： 

#include<stdlib.h>  
#include<stdio.h>  
#include<unistd.h>  
#include<pthread.h>  

typedef struct ct_sum  
{ 
    int sum;  
    pthread_mutex_t lock;  
}ct_sum;  

void * add1(void *cnt)  
{       
    pthread_mutex_lock(&(((ct_sum*)cnt)->lock));  
    for(int i=0; i < 50; i++)  
    {
        (*(ct_sum*)cnt).sum += i;      
    }  
    pthread_mutex_unlock(&(((ct_sum*)cnt)->lock));  
    pthread_exit(NULL);  
    return 0;  
}  
void * add2(void *cnt)  
{        
    pthread_mutex_lock(&(((ct_sum*)cnt)->lock));  
    for(int i=50; i<101; i++)  
    {   
         (*(ct_sum*)cnt).sum += i;    
    }  
    pthread_mutex_unlock(&(((ct_sum*)cnt)->lock));  
    pthread_exit(NULL);  
    return 0;  
}  
  
int main(void)  
{
    pthread_t ptid1, ptid2;  
    ct_sum cnt;  
    pthread_mutex_init(&(cnt.lock), NULL);  
    cnt.sum=0;  
  
    pthread_create(&ptid1, NULL, add1, &cnt);  
    pthread_create(&ptid2, NULL, add2, &cnt);  
   
    pthread_join(ptid1,NULL);  
    pthread_join(ptid2,NULL);

    printf("sum %d\n", cnt.sum);
    pthread_mutex_destroy(&(cnt.lock));  

    return 0;  
}