##互斥量mutex

前文提到，系統中如果存在資源共享，線程間存在競爭，并且沒有合理的同步機制的話，會出現數據混亂的現象。為了實現同步機制，Linux中提供了多種方式，其中一種方式為互斥鎖mutex(也稱之為互斥量)。

互斥量的具體實現方式為：每個線程在對共享資源操作前都嘗試先加鎖，成功加鎖后才可以對共享資源進行讀寫操作，操作結束后解鎖。

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互斥量不是為了消除競爭，實際上，資源還是共享的，線程間也還是競爭的，只不過通過這種“鎖”機制就將共享資源的訪問變成互斥操作，也就是說一個線程操作這個資源時，其它線程無法操作它，從而消除與時間有關的錯誤。

從互斥量的實現機制我們可以看出，同一時刻，只能有一個線程持有該鎖。如果有同時有多個線程持有該鎖，那就沒有實際意義了。

但是，這種鎖機制不是強制的，互斥鎖實質上是操作系統提供的一把“建議鎖”(又稱“協同鎖”)，建議程序中有多線程訪問共享資源的時候使用該機制。

因此，即使有了mutex，其它線程如果不按照這種鎖機制來訪問共享數據的話，依然會造成數據混亂。所以為了避免這種情況，所有訪問該共享資源的線程必須采用相同的鎖機制。

主要應用函數：

• pthread_mutex_init函數 ​
• pthread_mutex_destroy函數 ​
• pthread_mutex_lock函數 ​
• pthread_mutex_trylock函數 ​
• pthread_mutex_unlock函數

以上5個函數的返回值都是：成功返回0，失敗返回錯誤號。

在Linux環境下，類型pthread_mutex_t其本質是一個結構體。但是為了簡化理解，應用時可忽略其實現細節，簡單當成整數看待。mutex一般以下面方式定義：

pthread_mutex_t mutex; 

變量mutex只有兩種取值1、0。

##pthread_mutex_init函數

函數原型：

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t restrict mutex, const pthread_mutexattr_t restrict attr); 

函數作用：初始化一個互斥鎖(互斥量)mutex，初值可視為1;

參數介紹：

• mutex：傳出參數，調用時應傳 &mutex給該函數;

這里有個關鍵字比較特殊：restrict。它的作用只用于限制指針，告訴編譯器，所有修改該指針指向內存中內容的操作，只能通過本指針完成。不能通過除本指針以外的其他變量或指針修改。比如說，再定義個pthread_mutex_t的指針，將其賦值為mutex的值，想要用它來修改mutex所指向的內存，這是不允許的。

• attr：互斥量屬性。是一個傳入參數，通常傳NULL，表示使用默認屬性(即：線程間共享)。

對于互斥量mutex的初始化有兩種方式：

• 靜態初始化：如果互斥鎖 mutex 是靜態分配的，即：定義為全局變量，或加了static關鍵字修飾，可以直接使用宏進行初始化。e.g. pthead_mutex_t muetx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
• 動態初始化：如果互斥鎖mutex定義為局部變量，則應采用動態初始化。e.g. pthread_mutex_init(&mutex, NULL)

##pthread_mutex_destroy函數

函數原型：

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex); 

函數作用：銷毀一個互斥鎖

pthread_mutex_lock函數

函數原型：

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex); 

函數作用：

• 對共享資源進行加鎖。可理解為將mutex--(或-1);
• 如果加鎖不成功，則該線程將阻塞，直到持有該互斥量的其他線程解鎖為止。

注意：在訪問共享資源前加鎖，訪問結束后立即解鎖。鎖的“粒度”應越小越好。

pthread_mutex_unlock函數

函數原型：

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex); 

函數作用：

• 對共享資源解鎖。可理解為將mutex ++(或+1);
• 在解鎖的同時，會將阻塞在該鎖上的所有線程全部喚醒，至于哪個線程先被喚醒，取決于優先級、調度。默認情況下：先阻塞的線程會先被喚醒。

##pthread_mutex_trylock函數

函數原型：

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex); 

函數作用：對共享資源嘗試加鎖。它與pthread_mutex_lock函數的區別是，使用lock函數對共享資源進行加鎖時，如果加鎖不成功，則線程就阻塞;而如果使用trylock，則加鎖不成功時不會阻塞當前線程，而是立即返回一個值來描述互斥鎖的狀況。

死鎖：

• 線程試圖對同一個互斥量A加鎖兩次。
• 線程1擁有A鎖，請求獲得B鎖;線程2擁有B鎖，請求獲得A鎖

#include <stdio.h> 
#include <unistd.h>#include <stdlib.h>#include <pthread.h>pthread_mutex_t mutex;void *tfn(void *arg) 
{    srand(time(NULL)); 
    while(1) { 
        pthread_mutex_lock(&mutex);        printf("hello ");           // 標準輸出為共享資源 
        sleep(rand() % 3);          // 在此時會失去CPU 
        printf("world!\n"); 
        pthread_mutex_unlock(&mutex);        sleep(rand() % 3); 
    }    return NULL; 
}int main(){    pthread_t tid;    int n = 5; 
    srand(time(NULL)); 
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);    pthread_create(&tid, NULL, tfn, NULL);    while(n--) { 
        pthread_mutex_lock(&mutex); 
        printf("HELLO "); 
        sleep(rand() % 3); 
        printf("WORLD!\n"); 
        pthread_mutex_unlock(&mutex); 
        sleep(rand() % 3); 
    } 
    pthread_cancel(tid); 
    pthread_join(tid, NULL); 
    pthread_mutex_destroy(&mutex); 
    return 0; 
}