Linux线程同步---互斥量
在日常生活中,为了避免在火车站、电影院排队购票,网上购买火车票、电影票也越来越普遍。我们首先实现一个购票系统,每当有人购买一张票的时候,总票数就会减1,而此时的“总票数”就是一个共享变量。
代码实现简单的网上购票系统:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
int ticket = 50;
void *rount(void *arg)
{
char *id = (char*)arg;
while(1){
if(ticket > 0){
usleep(1000);
printf("%s sells ticket:%d\n", id, ticket);
ticket--;
}else{
break;
}
}
}
int main()
{
pthread_t tid1, tid2, tid3, tid4;
pthread_create(&tid1, NULL, rount, "thread 1" );
pthread_create(&tid2, NULL, rount, "thread 2" );
pthread_create(&tid3, NULL, rount, "thread 3" );
pthread_create(&tid4, NULL, rount, "thread 4" );
pthread_join(tid1, NULL);
pthread_join(tid2, NULL);
pthread_join(tid3, NULL);
pthread_join(tid4, NULL);
return 0;
}
通过输出的结果我们发现和预期不相同,原因是我们操作了多个线程的共享变量ticket,if语句条件为真时,进程可以并发执行,而usleep模拟的是售票时对总票数的操作,可能会有多个线程进程进入该代码段,对共享变量ticket的操作不是原子操作,其汇编代码有三步(将当前ticket的值加载到寄存器中,对其进程减1操作,将新值从寄存器写入ticket的内存地址)。
要解决这种问题,需要做到以下几点:
1.代码互斥,一旦代码进入临界区进行执行时,不允许其他线程进入该临界区。
2.如果多个线程同时要求执行临界区的代码,并且临界区没有线程在执行,那么只能允许一个线程进入该临界区。
3.如果线程不在临界区执行,那么该线程不能阻止其他线程进入临界区。
于是引入互斥量(mutex),实质就是一把锁。
互斥量是一种用于多线程中的同步访问方法,允许程序锁住某个对象,使得每次只能有一个线程访问。
1.初始化互斥量&销毁互斥量
对于静态分配的互斥量,可以将其设置为PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER,是一个宏。
对于初始化动态分配,mutex是需要初始化的互斥量,attr一般设为NULL。在申请内存之后,通过pthread_mutex_init进行初始化,并且再三释放内存前需要调用pthread_mutex_destory。
销毁互斥量
注意:
静态初始化的互斥量不需要销毁;
已经加锁的互斥量是不能销毁的;
已经销毁的互斥量,要确保后面不会有线程再尝试加锁。
2.互斥量加锁&解锁
注意:
加锁:如果互斥量被锁住,将会导致线程阻塞。也可使用试图加锁pthread_mutex_trylock,如果互斥量已被阻塞不会导致线程阻塞,只是返回错误码。
解锁:只有加锁的线程解锁才能成功,其他线程会导致解锁失效。
我们对之前写的售票系统加以改进:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
int ticket = 50;
pthread_mutex_t mutex;
void *rount(void *arg)
{
char *id = (char*)arg;
while(1){
pthread_mutex_lock(&mutex);
if(ticket > 0){
usleep(1000);
printf("%s sells ticket:%d\n", id, ticket);
ticket--;
}else{
pthread_mutex_unlock(&mutex);
break;
}
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
}
int main()
{
pthread_t tid1, tid2, tid3, tid4;
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
pthread_create(&tid1, NULL, rount, "thread 1" );
pthread_create(&tid2, NULL, rount, "thread 2" );
pthread_create(&tid3, NULL, rount, "thread 3" );
pthread_create(&tid4, NULL, rount, "thread 4" );
pthread_join(tid1, NULL);
pthread_join(tid2, NULL);
pthread_join(tid3, NULL);
pthread_join(tid4, NULL);
pthread_mutex_destroy(&mutex);
return 0;
}
改进后,运行结果如下:(只截取后边部分)