linux 多线程互斥锁

在Linux中，多线程互斥锁（Mutex）是一种用于保护共享资源的重要机制，以防止多个线程同时访问导致的数据不一致或竞态条件。

基础概念： 互斥锁是一种同步原语，它提供了一种方式，使得只有一个线程能够在给定时间内访问某个特定的代码段或数据结构。当一个线程获得互斥锁时，其他试图获得该锁的线程将被阻塞，直到锁被释放。

优势：

• 防止数据竞争：确保同一时间只有一个线程访问共享资源。
• 简化编程模型：开发者不需要手动管理复杂的同步逻辑。
• 提高性能：通过减少不必要的线程等待时间，提高系统的整体性能。

类型：

• 普通互斥锁：最基本的互斥锁类型。
• 递归互斥锁：允许同一个线程多次获得同一个锁，而不会导致死锁。
• 定时互斥锁：尝试在一定时间内获得锁，如果超时则放弃。
• 读写锁：允许多个读线程同时访问资源，但写线程独占访问。

应用场景：

• 多线程编程中保护共享数据，如全局变量、文件句柄等。
• 在生产者-消费者问题中，用于同步生产者和消费者的访问。
• 在并发数据结构中，如并发队列、并发哈希表等。

常见问题及解决方法：

• 死锁：当两个或多个线程互相等待对方释放资源时，会发生死锁。解决死锁的方法包括避免嵌套锁、使用定时锁、按顺序获取锁等。
• 饥饿：某些线程可能长时间无法获得锁，导致饥饿。可以通过公平锁策略来解决，确保等待时间最长的线程优先获得锁。
• 性能问题：频繁的锁竞争会导致性能下降。可以通过减小锁粒度、使用读写锁、避免不必要的锁等方法来优化。

示例代码（使用POSIX线程库）：

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

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
int shared_data = 0;

void* thread_func(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex); // 获取互斥锁
    shared_data++; // 访问共享资源
    printf("Shared data: %d
", shared_data);
    pthread_mutex_unlock(&mutex); // 释放互斥锁
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t threads[10];
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        pthread_create(&threads[i], NULL, thread_func, NULL);
    }
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }
    return 0;
}

在这个示例中，我们创建了10个线程，每个线程都会尝试访问和修改shared_data变量。通过使用互斥锁，我们确保了同一时间只有一个线程能够修改这个变量，从而避免了数据竞争。