同步(一)互斥锁与条件变量

一 概述：

(1)互斥锁与条件变量的特点：

*互斥锁用于上锁，条件变量用于等待。

*互斥锁和条件变量可以用于线程或进程间的同步，是基于共享内存区。用于进程间同步时，需放置在多个进程的共享内存区中。

*互斥锁必须由给它上锁的线程解锁。

*任何时刻只有一个线程能够锁住一个给定的互斥锁。

*静态分配的互斥锁或条件变量具备默认属性，我们可以利用函数来以非默认属性初始化它们。

*编程技巧：把共享数据和它们的同步变量(互斥锁、条件变量或信号量)收集到一个结构。

二 互斥锁：用于上锁。

(1)互斥锁：相互排斥，最基本的同步形式。用于保护临界区(critical region)，以保证任何时刻只有一个线程在执行其中的代码。

*通常轮廓：

lock_the_mutex(...)

临界区 //应该努力减少由一个互斥锁锁住的代码量。

unlock_the_mutex(...)

(2)互斥锁的初始化：

Posix互斥锁被声明为pthread_mutex_t数据类型的变量。

1.有两种初始化方式：

*如果互斥锁是静态分配的，可以把它初始化为常量：PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER。

*如果互斥锁是动态分配的(例如通过malloc)，或者分配在共享内存区中，那么必须在运行时通过调用pthread_mutex_init函数来初始化。通过动态分配可以指定进程间共享属性，从而允许在不同进程间共享某个互斥锁或条件变量，前提是互斥锁或条件变量必须放在这些进程的共享内存区中。

(3)上锁或解锁：

1.相关函数：

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mptr);//已锁住，则阻塞

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mptr);//不阻塞

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mptr);

返回值：成功返回0；若出错则为正的Exxx值。

2.注意：

*如果尝试对一个已由另外某个线程锁住的互斥锁上锁，那么pthread_mutex_lock将阻塞到该互斥锁解锁位置。

*pthread_mutex_trylock：是对应的非阻塞函数，如果该互斥锁已锁住，它就返回一个EBUSY错误。

*如果多个线程阻塞在等待同一互斥锁解锁，那么解锁后将唤醒优先级最高的线程。(互斥锁、条件变量和信号量都一样).

三 条件变量：用于等待。

(1)条件变量特点：

*类型为pthread_cond_t。

*每个条件变量总是由一个互斥锁与之关联。

*静态分配的条件变量可以初始化为PTHREAD_COND_INITIALIZER。

*动态分配的条件变量和动态分配的互斥锁一样。可以使用相关函数初始化。

(2)相关函数：

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cptr，pthread_mutex_t *mptr)

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cptr)

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cptr)

int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cptr，pthread_mutex_t *mptr，const struct timespec *abstime)

返回值：成功返回0；若出错则为正的Exxx值。

*注意：pthread_cond_wait原子地执行以下两个动作：给互斥锁解锁；把调用线程投入睡眠，直到另外某个线程就本条件变量调用pthread_cond_signal。pthread_cond_wait返回前重新给互斥锁上锁。

四 互斥锁和条件变量的属性

(1)互斥锁与条件变量的动态初始化和摧毁：

*int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mptr，const pthread_mutexattr_t *attr)

*int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mptr)

*int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cptr，constr pthread_condattr_t *attr)

*int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cptr)

返回值：成功返回0；若出错则为正的Exxx值。

其中mptr必须指向一个已分配的pthread_mutex_t变量，并由pthread_mutex_init函数初始化该锁.

attr指向的pthread_mutexattr_t值指定其属性，该参数为空，则是默认属性。

条件变量类似。

(2)互斥锁与条件变量的属性：

1.互斥锁的属性的数据类型为:pthread_mutexattr_t，条件变量的属性的数据类型为pthread_condattr_t。

2.属性的初始化和摧毁函数：

*int pthread_mutexattr_init(pthread_mutexattr_t *attr)

*int pthread_mutexattr_destroy(pthread_mutexattr_t *attr))

*int pthread_condattr_init(pthread_condattr_t *attr)

*int pthread_condattr_destroy(pthread_condattr_t *attr)

返回值：成功返回0；若出错则为正的Exxx值。

3.启用和禁止特定属性：

*一旦某个互斥锁或条件变量属性对象已被初始化，就可以调用不同函数启用或禁止特定的属性。

例如：指定互斥锁或条件变量在不同进程间共享的函数：

*int pthread_mutexattr_getpshared(const pthread_mutexattr_t *attr，int *valptr)

*int pthread_mutexattr_setpshared(pthread_mutexattr_t *attr，int value)

*int pthread_condattr_getpshared(const pthread_condattr_t *attr，int *valptr)

*int pthread_condattr_setpshared(pthread_condattr_t *attr，int  value)

返回值：成功返回0；若出错则为正的Exxx值。

两个get函数返回由valptr指向的整数中的这个属性的值；两个value的值设定这个属性的值。

value值可以是PTHREAD_PROCESS_PRIVATE或PTHREAD_PROCESS_SHARED(进程间共享)。