在 C 语言中使用互斥锁
本文将介绍几种在 C 语言中使用互斥锁的方法。
使用 pthread_mutex_t 类型和 pthread_mutex_lock 函数来守护代码的关键部分
线程共享地址空间，这意味着对全局变量等共享数据的修改必须同步，否则，将出现不正确的程序行为。请注意，下面的代码用 pthread_create 调用创建了 4 个额外的线程，并传递 func3 作为它们执行的起点。func3 在 10000 次迭代 for 循环中逐一修改全局变量 shared。因此，如果四个线程分别将 shared 的值递增 10000，程序应该输出 40000。
如果执行下面的代码，结果将是某个随机整数，但不是 40000。这种行为一般被归为竞赛条件，意味着给定的线程在访问共享变量时没有相互协商即同步。即，往往当它们执行循环交错时，对共享变量的访问和存储达到不一致，最后得出错误的和。
多个线程修改内存中同一个对象的代码部分称为关键部分。一般来说，关键部分应该用某种类型的锁来保护，迫使其他线程等到当前线程完成执行，并确保它们都能得到正确的增量值。Mutex 是其中一种锁类型，可以利用它来保护关键部分，就像 func3 中的这个 for 循环一样。
#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);
}
输出：
Incrementing the shared variable...
Incrementing the shared variable...
Incrementing the shared variable...
Incrementing the shared variable...
30384
在这种情况下，我们将利用 POSIX 线程库及其内置的 pthread_mutex_t 类型。pthread_mutex_t 类型变量通常被声明为 static 存储持续时间。互斥锁只能在使用前应该只初始化一次。当互斥锁被声明为 static 时，应该使用 PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER 宏来初始化它。当互斥锁被初始化后，线程就可以相应地使用 pthread_mutex_lock 和 pthread_mutex_unlock 函数。pthread_mutex_lock 锁定作为唯一参数传递的 mutex 对象。如果互斥锁已经被锁定，调用线程会被阻塞，直到互斥锁变得可用。应该调用 pthread_mutex_unlock 来解锁互斥锁。如果有线程在同一个互斥锁上等待，则由调度策略决定哪个线程获得对象锁。最后，我们对四个线程中的每一个线程都调用 pthread_join，并打印出整数-shared，在这种情况下，它应该有正确的值存储。
#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);
}
输出：
Incrementing the shared variable...
Incrementing the shared variable...
Incrementing the shared variable...
Incrementing the shared variable...
40000
