在 C 語言中使用互斥鎖
本文將介紹幾種在 C 語言中使用互斥鎖的方法。
使用 pthread_mutex_t 型別和 pthread_mutex_lock 函式來守護程式碼的關鍵部分
執行緒共享地址空間，這意味著對全域性變數等共享資料的修改必須同步，否則，將出現不正確的程式行為。請注意，下面的程式碼用 pthread_create 呼叫建立了 4 個額外的執行緒，並傳遞 func3 作為它們執行的起點。func3 在 10000 次迭代 for 迴圈中逐一修改全域性變數 shared。因此，如果四個執行緒分別將 shared 的值遞增 10000，程式應該輸出 40000。
如果執行下面的程式碼，結果將是某個隨機整數，但不是 40000。這種行為一般被歸為競賽條件，意味著給定的執行緒在訪問共享變數時沒有相互協商即同步。即，往往當它們執行迴圈交錯時，對共享變數的訪問和儲存達到不一致，最後得出錯誤的和。
多個執行緒修改記憶體中同一個物件的程式碼部分稱為關鍵部分。一般來說，關鍵部分應該用某種型別的鎖來保護，迫使其他執行緒等到當前執行緒完成執行，並確保它們都能得到正確的增量值。Mutex 是其中一種鎖型別，可以利用它來保護關鍵部分，就像 func3 中的這個 for 迴圈一樣。
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#ifndef NUM_THREADS
#define NUM_THREADS 4
#endif
int shared = 0;
void* func3(void* param) {
printf("Incrementing the shared variable...\n");
for (int i = 0; i < 10000; ++i) {
shared += 1;
}
return 0;
}
int main() {
pthread_t threads[NUM_THREADS];
for (int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i) {
pthread_create(&threads[i], NULL, func3, NULL);
}
for (int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i) {
pthread_join(threads[i], NULL);
}
printf("%d\n", shared);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
輸出：
Incrementing the shared variable...
Incrementing the shared variable...
Incrementing the shared variable...
Incrementing the shared variable...
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在這種情況下，我們將利用 POSIX 執行緒庫及其內建的 pthread_mutex_t 型別。pthread_mutex_t 型別變數通常被宣告為 static 儲存持續時間。互斥鎖只能在使用前應該只初始化一次。當互斥鎖被宣告為 static 時，應該使用 PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER 巨集來初始化它。當互斥鎖被初始化後，執行緒就可以相應地使用 pthread_mutex_lock 和 pthread_mutex_unlock 函式。pthread_mutex_lock 鎖定作為唯一引數傳遞的 mutex 物件。如果互斥鎖已經被鎖定，呼叫執行緒會被阻塞，直到互斥鎖變得可用。應該呼叫 pthread_mutex_unlock 來解鎖互斥鎖。如果有執行緒在同一個互斥鎖上等待，則由排程策略決定哪個執行緒獲得物件鎖。最後，我們對四個執行緒中的每一個執行緒都呼叫 pthread_join，並列印出整數-shared，在這種情況下，它應該有正確的值儲存。
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#ifndef NUM_THREADS
#define NUM_THREADS 4
#endif
int shared = 0;
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
void* func3(void* param) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
printf("Incrementing the shared variable...\n");
for (int i = 0; i < 10000; ++i) {
shared += 1;
}
pthread_mutex_unlock(&mutex);
return 0;
}
int main() {
pthread_t threads[NUM_THREADS];
for (int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i) {
pthread_create(&threads[i], NULL, func3, NULL);
}
for (int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i) {
pthread_join(threads[i], NULL);
}
printf("%d\n", shared);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
輸出：
Incrementing the shared variable...
Incrementing the shared variable...
Incrementing the shared variable...
Incrementing the shared variable...
40000
