linux中各種鎖機(jī)制的使用與區(qū)別詳解

前言：

相信需要了解這方面的知識的小伙伴，已經(jīng)基本對進(jìn)程間通信和線程間通信有了一定了解。例如，進(jìn)程間通信的機(jī)制之一：共享內(nèi)存（在這里不做詳解）：多個進(jìn)程可同時訪問同一塊內(nèi)存。如果不對訪問這塊內(nèi)存的臨界區(qū)進(jìn)行互斥或者同步，那么進(jìn)程的運行很可能出現(xiàn)一些不可預(yù)知的錯誤和結(jié)果。

接下來我們了解三種常見的Linux下的互斥操作—>鎖。

1.互斥鎖（mutex）

特點：對于讀者和寫者來說。只要有一方獲取了鎖，另一方則不能繼續(xù)獲取，進(jìn)而執(zhí)行臨界區(qū)代碼。

創(chuàng)建鎖：

有兩種方法創(chuàng)建互斥鎖，靜態(tài)方式和動態(tài)方式。POSIX定義了一個宏P(guān)THREAD_MUTEX_INITIALIZER 來靜態(tài)初始化互斥鎖，

方法如下：

pthread_mutex_t mutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; 

在LinuxThreads實現(xiàn)中，pthread_mutex_t是一個結(jié)構(gòu)，而PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER則是一個結(jié)構(gòu)常量。

動態(tài)方式是采用pthread_mutex_init()函數(shù)來初始化互斥鎖，API定義如下：

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t*mutexattr) 

其中mutexattr用于指定互斥鎖屬性（見下），如果為NULL則使用缺省屬性。 pthread_mutex_destroy ()用于注銷一個互斥鎖，API定義如下：

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex) 

鎖操作主要包括加鎖pthread_mutex_lock()、解鎖pthread_mutex_unlock()和測試加鎖 pthread_mutex_trylock()三個，不論哪種類型的鎖，都不可能被兩個不同的線程同時得到， 而必須等待解鎖。對于普通鎖和適應(yīng)鎖類型，解鎖者可以是同進(jìn)程內(nèi)任何線程； 而檢錯鎖則必須由加鎖者解鎖才有效，否則返回EPERM；對于嵌套鎖，文檔和實現(xiàn)要求必須由 加鎖者解鎖，但實驗結(jié)果表明并沒有這種限制，這個不同目前還沒有得到解釋。在同一進(jìn)程中 的線程，如果加鎖后沒有解鎖，則任何其他線程都無法再獲得鎖。

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex) 
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex) 
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex)

pthread_mutex_trylock() 語義與pthread_mutex_lock()類似，不同的是在鎖已經(jīng)被占據(jù)時返回 EBUSY而不是掛起等待。
例如：單例模式下，線程安全的加鎖：

class SingleTon 
{ 
public: 
static SingleTon* getInstance() 
{ 
pthread_mutex_lock(&mutex); 
if(mpSingle == NULL) 
{ 
mpSingleTon = new SingleTon(); 
} 
pthread_mutex_unlock(&mutex); 
return mpSingleTon; 
} 
private: 
SingleTon(){}; 
~SingleTon(){pthread_mutex_desttroy(&mutex,NULL);} 
static pthread_mutex_t mutex; 
static SingleTon * mpSingleTon; 
} 
pthread_mutex_t SingleTon::mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; 
SingleTon * SingleTon::mpSingleTon = NULL;

優(yōu)點：

由一塊能夠被多個進(jìn)程共享的內(nèi)存空間（一個對齊后的整型變量）組成；這個整型變量的值能夠通過匯編語言調(diào)用CPU提供的原子操作指令來增加或減少，并且一個進(jìn)程可以等待直到那個值變成正數(shù)。 的操作幾乎全部在應(yīng)用程序空間完成；只有當(dāng)操作結(jié)果不 一致從而需要仲裁時，才需要進(jìn)入操作系統(tǒng)內(nèi)核空間執(zhí)行。這種機(jī)制允許使用的鎖定原語有非常高的執(zhí)行效率：由于絕大多數(shù) 的操作并不需要在多個進(jìn)程之間進(jìn)行仲裁，所以絕大多數(shù)操作都可以在應(yīng)用程序空間執(zhí)行，而不需要使用（相對高代價的）內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)
用。

2.讀寫鎖

特點：讀寫鎖適合于對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的讀次數(shù)比寫次數(shù)多得多的情況.因為,讀模式鎖定時可以共享,以寫 模式鎖住時意味著獨占,所以讀寫鎖又叫共享-獨占鎖.

初始化和銷毀:

int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const 
pthread_rwlockattr_t *restrict attr); 
int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock); 

成功則返回0,出錯則返回錯誤編號. 同互斥量以上,在釋放讀寫鎖占用的內(nèi)存之前,需要先通過 pthread_rwlock_destroy對讀寫鎖進(jìn)行清理工作, 釋放由init分配的資源.

讀和寫:

int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock); 
int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock); 
int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock); 

成功則返回0,出錯則返回錯誤編號.這3個函數(shù)分別實現(xiàn)獲取讀鎖,獲取寫鎖和釋放鎖的操作.獲 取鎖的兩個函數(shù)是阻塞操作,同樣,非阻塞的函數(shù)為:

int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock); 
int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock); 

成功則返回0,出錯則返回錯誤編號.非阻塞的獲取鎖操作,如果可以獲取則返回0,否則返回 錯誤的EBUSY.

3.自旋鎖

特點：輪詢忙等待。

在單核cpu下不起作用：被自旋鎖保護(hù)的臨界區(qū)代碼執(zhí)行時不能進(jìn)行掛起狀態(tài)。會造成死鎖
自旋鎖的初衷就是：在短期間內(nèi)進(jìn)行輕量級的鎖定。一個被爭用的自旋鎖使得請求它的線程在等待鎖重新可用的期間進(jìn)行自旋（特別浪費處理器時間），所以自旋鎖不應(yīng)該被持有時間過長。如果需要長時間鎖定的話, 最好使用信號量。

API:

總結(jié)

以上就是這篇文章的全部內(nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價值，如果有疑問大家可以留言交流，謝謝大家對腳本之家的支持。