Linux C 编程——互斥锁mutex
1、多线程的问题引入
多线程的最大的特点是资源的共享，但是，当多个线程同时去操作（同时去改变）一个临界资源时，会破坏临界资源。如利用多线程同时写一个文件：
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <malloc.h>
const char filename[] = "hello";
void* thread(void *id){
int num = *(int *)id;
// 写文件的操作
FILE *fp = fopen(filename, "a+");
int start = *((int *)id);
int end = start + 1;
setbuf(fp, NULL);// 设置缓冲区的大小
fprintf(stdout, "%d\n", start);
for (int i = (start * 10); i < (end * 10); i ++){
fprintf(fp, "%d\t", i);
}
fprintf(fp, "\n");
fclose(fp);
return NULL;
}
int main(){
int num_thread = 5;
pthread_t *pt = (pthread_t *)malloc(sizeof(pthread_t) * num_thread);
int * id = (int *)malloc(sizeof(int) * num_thread);
for (int i = 0; i < num_thread; i++){
id[i] = i;
if (pthread_create(&pt[i], NULL, thread, &id[i]) != 0){
printf("thread create failed!\n");
return 1;
}
}
for (int i = 0; i < num_thread; i++){
pthread_join(pt[i], NULL);
}
// 释放资源
free(pt);
free(id);
return 0;
}执行以上的代码，我们会发现，得到的结果是混乱的，出现上述的最主要的原因是，我们在编写多线程代码的过程中，每一个线程都尝试去写同一个文件，这样便出现了上述的问题，这便是共享资源的同步问题，在Linux编程中，线程同步的处理方法包括：信号量，互斥锁和条件变量。
2、互斥锁
互斥锁是通过锁的机制来实现线程间的同步问题。互斥锁的基本流程为：
- 初始化一个互斥锁：
pthread_mutex_init()函数 - 加锁：
pthread_mutex_lock()函数或者pthread_mutex_trylock()函数 - 对共享资源的操作
- 解锁：
pthread_mutex_unlock()函数 - 注销互斥锁：
pthread_mutex_destory()函数
其中，在加锁过程中，pthread_mutex_lock()函数和pthread_mutex_trylock()函数的过程略有不同：
- 当使用
pthread_mutex_lock()函数进行加锁时，若此时已经被锁，则尝试加锁的线程会被阻塞，直到互斥锁被其他线程释放，当pthread_mutex_lock()函数有返回值时，说明加锁成功； - 而使用
pthread_mutex_trylock()函数进行加锁时，若此时已经被锁，则会返回EBUSY的错误码。
同时，解锁的过程中，也需要满足两个条件：
- 解锁前，互斥锁必须处于锁定状态；
- 必须由加锁的线程进行解锁。
当互斥锁使用完成后，必须进行清除。
有了以上的准备，我们重新实现上述的多线程写操作，其实现代码如下所示：
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <malloc.h>
pthread_mutex_t mutex;
const char filename[] = "hello";
void* thread(void *id){
int num = *(int *)id;
// 加锁
if (pthread_mutex_lock(&mutex) != 0){
fprintf(stdout, "lock error!\n");
}
// 写文件的操作
FILE *fp = fopen(filename, "a+");
int start = *((int *)id);
int end = start + 1;
setbuf(fp, NULL);// 设置缓冲区的大小
fprintf(stdout, "%d\n", start);
for (int i = (start * 10); i < (end * 10); i ++){
fprintf(fp, "%d\t", i);
}
fprintf(fp, "\n");
fclose(fp);
// 解锁
pthread_mutex_unlock(&mutex);
return NULL;
}
int main(){
int num_thread = 5;
pthread_t *pt = (pthread_t *)malloc(sizeof(pthread_t) * num_thread);
int * id = (int *)malloc(sizeof(int) * num_thread);
// 初始化互斥锁
if (pthread_mutex_init(&mutex, NULL) != 0){
// 互斥锁初始化失败
free(pt);
free(id);
return 1;
}
for (int i = 0; i < num_thread; i++){
id[i] = i;
if (pthread_create(&pt[i], NULL, thread, &id[i]) != 0){
printf("thread create failed!\n");
return 1;
}
}
for (int i = 0; i < num_thread; i++){
pthread_join(pt[i], NULL);
}
pthread_mutex_destroy(&mutex);
// 释放资源
free(pt);
free(id);
return 0;
}最终的结果为：
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