互斥锁的特性及使用方法

互斥锁通过锁机制来实现线程间的同步。互斥锁从本质上说就是一把锁，提供对共享资源的保护访问。互斥锁具有以下3个特性。

原子性：如果一个线程锁定了一个互斥量，那么临界区内的操作要么全部完成，要么一个也不执行。

唯一性：如果一个线程锁定了一个互斥量，那么在它解除锁定之前，没有其他线程可以锁定这个互斥量。

非繁忙等待：如果一个线程已经锁定了一个互斥量，第2个线程又试图去锁定这个互斥量，则第2个线程将被挂起（不占用任何CPU资源），直到第1个线程解除对这个互斥量的锁定为止。第2个线程被唤醒并继续执行，同时锁定这个互斥量。

表10-2列出了操作互斥锁的几个互斥锁函数，这些函数都声明在头文件pthread.h中。

表10-2 互斥锁函数

1.初始化

在Linux下，线程的互斥锁在使用前要对它进行初始化。对于静态分配的互斥锁，可以把它设置为PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER，或者调用pthread_mutex_init（）。操作语句如下：

对于动态分配的互斥量，在申请内存（malloc）之后，通过pthread_mutex_init（）进行初始化，并且在释放内存（free）前需要调用pthread_mutex_destroy（）来注销互斥锁。操作语句如下：

●返回值：若成功，则返回0；若出错，则返回错误编号。

以上函数中的参数mutexattr表示互斥锁的属性。互斥锁的属性及意义见表10-3。如果使用默认的属性初始化互斥量，只需把attr设为NULL即可。

表10-3 互斥锁的属性及意义

2.互斥操作

初始化后就可以对互斥锁进行加锁了。如果互斥锁已经上了锁，调用线程会阻塞，直到被解锁。首先介绍加锁函数，该函数的原型如下：

(www.xing528.com)

●返回值：若成功，则返回0；若出错，则返回错误编号。

其中，pthread_mutex_trylock（）函数是非阻塞调用模式。如果互斥锁没被锁住，pthread_mutex_trylock（）函数将进行加锁，并获得对共享资源的访问权限；如果互斥锁被锁住了，pthread_mutex_trylock（）函数将不会阻塞等待而直接返回忙状态。

解锁函数pthread_mutex_unlock（）的原型为

●返回值：若成功，则返回0；若出错，则返回错误编号。

3.死锁

死锁主要发生在有多个依赖锁存在时，会在一个线程试图以与另一个线程相反顺序锁住互斥锁时发生。死锁是使用互斥锁时应该尽量避免的，pthread库可以跟踪这种情形，最后一个线程试图调用pthread_mutex_lock（）时会失败，并返回类型为EDEADLK的错误。

【例10-3】互斥锁。

本例使用函数pthread_mutex_unlock（）和pthread_mutex_lock（）来实现互斥锁。

设计步骤

1）在Vim中创建一个新工程文件，命名为“example10_3.c”。

2）在“example10_3.c”中创建的代码如下所示。

3）使用GCC编译并运行程序，结果如图10-3所示。

图10-3 互斥锁操作结果

在该例中，主线程占用互斥锁后，子线程试图占用同一把互斥锁时会被阻塞，直到主线程unlock这把锁。