linux 线程互斥体

基础概念

Linux线程互斥体（Mutex）是一种同步机制，用于防止多个线程同时访问共享资源，从而避免数据竞争和不一致性。互斥体确保一次只有一个线程可以持有锁，其他试图获取锁的线程将被阻塞，直到锁被释放。

优势

防止数据竞争：确保共享资源在同一时间只被一个线程访问。
简化编程模型：提供了一种简单的方式来管理线程间的同步。
提高程序稳定性：通过避免竞态条件，减少程序崩溃的可能性。

类型

快速互斥体：适用于锁竞争不激烈的情况，性能较高。
递归互斥体：允许同一个线程多次获取同一个锁，适用于递归函数。
定时互斥体：允许线程在一定时间内尝试获取锁，超时则放弃。

应用场景

多线程编程：在多线程环境中保护共享资源。
数据库操作：确保数据库操作的原子性和一致性。
文件系统：防止多个进程同时修改同一文件。

常见问题及解决方法

问题：死锁

原因：两个或多个线程互相等待对方释放资源，导致程序无法继续执行。

解决方法：

避免嵌套锁：尽量避免在一个锁的保护范围内获取另一个锁。
使用定时锁：设置超时时间，避免无限期等待。
按顺序加锁：确保所有线程以相同的顺序获取锁。

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

pthread_mutex_t mutex1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_t mutex2 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void* thread_func(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex1);
    pthread_mutex_lock(&mutex2);
    // 临界区代码
    pthread_mutex_unlock(&mutex2);
    pthread_mutex_unlock(&mutex1);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t thread1, thread2;
    pthread_create(&thread1, NULL, thread_func, NULL);
    pthread_create(&thread2, NULL, thread_func, NULL);
    pthread_join(thread1, NULL);
    pthread_join(thread2, NULL);
    return 0;
}

问题：活锁

原因：线程不断尝试获取锁，但由于某些条件不满足，导致线程无法继续执行。

解决方法：

引入随机性：在获取锁失败后，线程随机等待一段时间再尝试。
调整锁策略：使用更高级的同步机制，如读写锁。

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

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void* thread_func(void* arg) {
    while (1) {
        if (pthread_mutex_trylock(&mutex) == 0) {
            // 获取锁成功，执行临界区代码
            pthread_mutex_unlock(&mutex);
            break;
        } else {
            // 获取锁失败，随机等待一段时间
            usleep(rand() % 1000);
        }
    }
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t thread1, thread2;
    srand(time(NULL));
    pthread_create(&thread1, NULL, thread_func, NULL);
    pthread_create(&thread2, NULL, thread_func, NULL);
    pthread_join(thread1, NULL);
    pthread_join(thread2, NULL);
    return 0;
}