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Linux多线程互斥锁

C/C++ 迷途小书童 6个月前 (08-31) 309次浏览 0个评论

引言

Linux 编程中,多线程是一种常见的并发编程模型。为了保证多线程之间的数据同步和互斥访问,pthread_mutex(互斥锁)是一个重要的工具。本文将深入探讨 pthread_mutex 的底层实现原理、函数原型,并提供详细的使用方法和一个完整的实际案例。

概述

pthread_mutexLinux 线程库(pthread)提供的一种线程同步机制,用于保护共享资源的访问。它提供了互斥锁的功能,确保同一时间只有一个线程可以访问被保护的资源。

实现原理

pthread_mutex 的底层实现基于操作系统提供的原子操作和底层同步机制,如自旋锁、互斥量等。

pthread_mutex函数原型

下面是几个常用的函数及其原型

# 初始化互斥锁
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *attr);

# 销毁互斥锁
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

# 加锁,如果互斥锁已被其他线程占用,则阻塞等待
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

# 尝试加锁,如果互斥锁已被其他线程占用,则立即返回错误码
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);

# 解锁
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

实际案例

下面是一个使用 pthread_mutex 实现多线程文件读写的案例,代码如下

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

pthread_mutex_t mutex;
FILE *file;

void* write_thread(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    file = fopen("data.txt", "a");
    if (file) {
        fprintf(file, "Hello, World!\n");
        printf("write over.\n");
        fclose(file);
    }
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return NULL;
}

void* read_thread(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    file = fopen("data.txt", "r");
    if (file) {
        char buffer[256];
        while (fgets(buffer, sizeof(buffer), file)) {
            printf("%s", buffer);
        }
        fclose(file);
    }
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);

    pthread_t write_tid, read_tid;
    pthread_create(&write_tid, NULL, write_thread, NULL);
    pthread_create(&read_tid, NULL, read_thread, NULL);

    pthread_join(write_tid, NULL);
    pthread_join(read_tid, NULL);

    pthread_mutex_destroy(&mutex);

    return 0;
}

在主函数中,首先初始化互斥锁,然后创建写入线程和读取线程,并使用 pthread_join 函数等待线程的结束,最后销毁互斥锁。我们使用互斥锁 pthread_mutex 来保护文件的读写操作,确保同一时间只有一个线程可以访问文件。写线程使用互斥锁加锁,写入数据后解锁。读线程同样使用互斥锁加锁、读取数据后解锁。

最后来编译执行一下

gcc main.c -lpthread
./a.out

小结

通过本文对 pthread_mutex 的介绍,我们了解了其底层实现原理、函数原型以及详细的使用方法。pthread_mutex 是实现多线程并发编程中重要的同步机制之一,能够确保线程安全地访问共享资源,避免竞争状态条件的数据不一致的问题。

需要注意的是,在实际使用中,我们应该谨慎地使用互斥锁,避免死锁和性能瓶颈的产生。合理地设计线程访问共享资源的顺序和粒度,以及使用适当的同步机制,是实现高效且可靠的多线程编程的关键。

参考资料

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