线程间同步机制----读写锁

一、读写锁基本原理

读写锁与互斥锁类似，不过读写锁运行更高的并行。互斥量要么锁住状态，要么就是不加锁状态，而且一次只有一个线程可以对其加锁。读写锁可以有3中状态：读模式下加锁状态，写模式下加锁状态，不加锁状态。一次只有一个线程可以占有写模式的读写锁，但是多个线程可以同时占有读模式的读写锁。

(1)当读写锁是写加锁状态时，在这个锁被解锁之前，所有试图对这个锁加锁的进程都会被阻塞。

(2)当读写锁是读加锁状态时，所有试图以读模式对它进行加锁的线程都可以得到访问权，但是任何希望以写模式对此锁进行加锁的线程都会阻塞，直到所有的线程释放它们的写锁为止。但是当读写锁处于读模式锁住状态时，有一个线程试图以写模式获取锁时，读写锁通常会阻塞随后的读模式锁请求。这样可以避免读模式锁长期占有，而等待的写模式锁请求一直得不到满足。

读写锁非常适合对数据结构的读次数远大于写的情况。当读写锁在写模式下时，它所保护的数据结构就可以被完全地修改，因为一次只有一个线程可以再写模式下拥有这个锁。当读写锁在读模式下时，只要线程先获取了读模式下的读写锁，该锁所抱回的数据结构就可以被多个获得读模式锁的线程读取。

读写锁也叫做共享互斥锁。当读写锁是读模式锁住时，就可以说成是以共享模式锁住。当它是写模式锁住的时候，就可以说成是以互斥模式锁住的。

定义读写锁对象：

<span style="font-family:Microsoft YaHei;font-size:18px;">pthread_rwlock_t  rwlock;   //全局变量</span>

二、读写锁基本操作

1、初始化/损坏读写锁

<span style="font-family:Microsoft YaHei;font-size:18px;">#include  <pthread.h>int  pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);int  pthread_rwlock_destory(pthread_rwlock_t *rwlock);//两个函数的返回值：若成功，返回0；否则，返回错误编号</span>

第一个参数rwlock是指向要初始化的读写锁的指针。

第二个参数attr指向属性对象的指针，该属性对象定义要初始化的读写锁的特性，此参数如果设置为NULL，则使用默认属性。

可以使用宏PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER初始化静态分配的读写锁。这种效果相当于使用NULL指定的attr参数调用pthread_rwlock_init()完成的动态初始化，区别在于，它不执行错误检查，将使用默认的属性初始化读写锁。

2、申请读锁

<span style="font-family:Microsoft YaHei;font-size:18px;">#include  <pthread.h>int  pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t  *rwlock);int  pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t  *rwlock);//两个函数返回值：若成功，返回0；否则，返回错误编号</span>

pthread_rwlock_rdlock()函数以阻塞的方式来申请读锁。

pthread_rwlock_tryrdlock()函数以非阻塞的方式来申请读锁。

如果不能申请到该读锁，pthread_rwlock_rdlock将阻塞当前进程，而pthread_rwlock_tryrdlock将返回错误。

3、申请写锁

<span style="font-family:Microsoft YaHei;font-size:18px;">#include  <pthread.h>int  pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t  *rwlock);int  pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t  *rwlock);//两个函数返回值：若成功，返回0；否则，返回错误编号</span>

pthread_rwlock_wrlock()函数以阻塞的方式来申请写锁。

pthread_rwlock_trywrlock()函数以非阻塞的方式来申请写锁。

如果不能申请到该写锁，pthread_rwlock_wrlock将阻塞当前进程，而pthread_rwlock_trywrlock将返回错误。

4、解锁

无论是读锁还是写锁都将使用函数pthread_rwlock_unlock()来解锁。

<span style="font-family:Microsoft YaHei;font-size:18px;">#include  <pthread.h>int  pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t  *rwlock);//返回值：若成功，返回0；否则，返回错误编号</span>

(1)如果调用此函数来释放读写锁锁定rwlock上的读锁定，但当前在此读写锁上还保持着其他读锁定，则读写锁将保持线程读锁定状态，只不过当前进程已不再是其所有者之一。

(2)如果此函数释放读写锁的最后一个读锁，则对象将处于没有所有者的解锁状态。

(3)如果调用此函数释放读写锁的写锁，则读写锁定将处于没有所有者的解锁状态。

三、读写锁应用实例

1、程序说明

下面是一个使用读写锁来实现4个线程读写一段数据的实例。在此示例程序中，共创建了4个新的线程，其中两个线程用来读数据，两个线程用来写入数据。从运行结果可以看出，在任意时刻，如果有一个线程写数据(使用写锁定)，将阻塞所有其他线程任何操作，但在某一时刻，如果有一个线程读数据（使用读写锁的读锁定），则其他线程任然可以获得读数据锁。即可以执行读操作。

2、源码分析

<span style="font-family:Microsoft YaHei;font-size:18px;">#include <errno.h>#include <pthread.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>static pthread_rwlock_t rwlock;//读写锁对象#define WORK_SIZE 1024char work_area[WORK_SIZE];//共享全局数据int time_to_exit = 0;//退出标识void *thread_function_read_o(void *arg);//读线程onevoid *thread_function_read_t(void *arg);//读线程twovoid *thread_function_write_o(void *arg);//写线程onevoid *thread_function_write_t(void *arg);//写线程twoint main(int argc, char* argv[]){int res;pthread_t a_thread, b_thread, c_thread, d_thread;void *thread_result;res = pthread_rwlock_init(&rwlock, NULL);//初始化读写锁if (res != 0){perror("rwlock initialization failed");exit(EXIT_FAILURE);}res = pthread_create(&a_thread, NULL, thread_function_read_o, NULL);//创建线程if (res != 0){perror("Thread creation failed");exit(EXIT_FAILURE);}res = pthread_create(&b_thread, NULL, thread_function_read_t, NULL);//创建线程if (res != 0){perror("Thread creation failed");exit(EXIT_FAILURE);}res = pthread_create(&c_thread, NULL, thread_function_write_o, NULL);//创建线程if (res != 0){perror("Thread creation failed");exit(EXIT_FAILURE);}res = pthread_create(&d_thread, NULL, thread_function_write_t, NULL);//创建线程if (res != 0){perror("Thread creation failed");exit(EXIT_FAILURE);}res = pthread_join(a_thread, &thread_result);//等待线程a结束if (res != 0){perror("Thread join failed");exit(EXIT_FAILURE);}res = pthread_join(b_thread, &thread_result);//等待线程b结束if (res != 0){perror("Thread join failed");exit(EXIT_FAILURE);}res = pthread_join(c_thread, &thread_result);//等待线程c结束if (res != 0){perror("Thread join failed");exit(EXIT_FAILURE);}res = pthread_join(d_thread, &thread_result);//等待线程d结束if (res != 0){perror("Thread join failed");exit(EXIT_FAILURE);}pthread_rwlock_destroy(&rwlock);//销毁读写锁exit(EXIT_FAILURE);}void *thread_function_read_o(void *arg)//读线程one{printf("thread read one try to get lock\n");pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);//获取读取锁while(strncmp("end", work_area, 3) != 3)//比较是否为结束符号{printf("this is thread read one.");printf("the characters is %s\n", work_area);//输出pthread_rwlock_unlock(&rwlock);//解锁sleep(2);pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);//获取读取锁while (work_area[0] == '\0'){pthread_rwlock_unlock(&rwlock);//解锁sleep(2);pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);//获取读取锁}}pthread_rwlock_unlock(&rwlock);//解锁time_to_exit = 1;pthread_exit(0);}void *thread_function_read_t(void *arg)//读线程two{printf("thread read two try to get lock\n");pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);//获取读取锁while(strncmp("end", work_area, 3) != 0){printf("this is thread read two.");printf("the characters is %s\n", work_area);pthread_rwlock_unlock(&rwlock);//解锁sleep(5);pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);//获取读取锁while (work_area[0] == '\0'){pthread_rwlock_unlock(&rwlock);//解锁sleep(5);pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);//获取读取锁}}pthread_rwlock_unlock(&rwlock);//解锁time_to_exit = 1;pthread_exit(0);}void *thread_function_write_o(void *arg)//写线程one{printf("this is write thread one try to get lock\n");while(!time_to_exit){pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);//获取写入锁printf("this is write thread one. \nInput some text. Enter 'end' to finish\n");fgets(work_area, WORK_SIZE, stdin);pthread_rwlock_unlock(&rwlock);//解锁sleep(15);}pthread_rwlock_unlock(&rwlock);//解锁pthread_exit(0);}void *thread_function_write_t(void *arg){sleep(10);printf("this is write thread two try to get lock\n");while(!time_to_exit){pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);//获取写入锁printf("this is write thread two. \nInput some text. Enter 'end' to finish\n");fgets(work_area, WORK_SIZE, stdin);pthread_rwlock_unlock(&rwlock);//解锁sleep(20);}pthread_rwlock_unlock(&rwlock);//解锁pthread_exit(0);}</span>