互斥锁与条件变量

互斥操作:
　　对共享资源的访问, 要对互斥量进行加锁, 如果互斥量已经上了锁, 调用线程会阻塞, 直到互斥量被解锁. 在完成了对共享资源的访问后, 要对互斥量进行解锁。
　 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量时发生. 如何避免死锁是使用互斥量应该格外注意的东西。
　　总体来讲, 有几个不成文的基本原则:
　　对共享资源操作前一定要获得锁。
　　完成操作以后一定要释放锁。
　　尽量短时间地占用锁。
　　如果有多锁, 如获得顺序是ABC连环扣, 释放顺序也应该是ABC。
　　线程错误返回时应该释放它所获得的锁。

常用的同步方式有： 互斥锁、条件变量、读写锁、记录锁(文件锁)和信号灯.
互斥锁：
顾名思义，锁是用来锁住某种东西的，锁住之后只有有钥匙的人才能对锁住的东西拥有控制权(把锁砸了，把东西偷走的小偷不在我们的讨论范围了)。所谓互斥， 从字面上理解就是互相排斥。因此互斥锁从字面上理解就是一点进程拥有了这个锁，它将排斥其它所有的进程访问被锁住的东西，其它的进程如果需要锁就只能等待，等待拥有锁的进程把锁打开后才能继续运行。 在实现中，锁并不是与某个具体的变量进行关联，它本身是一个独立的对象。进(线)程在有需要的时候获得此对象，用完不需要时就释放掉。
互斥锁的主要特点是互斥锁的释放必须由上锁的进(线)程释放，如果拥有锁的进(线)程不释放，那么其它的进(线)程永远也没有机会获得所需要的互斥锁。
互斥锁主要用于线程之间的同步。互斥锁就是要对一块共享数据操作，但是我怕同时你也操作，那就乱套了，所以我要加锁，这个时候我就开始操作这块共享数据，而你进不了临界区，等我操作完了，把锁丢掉，你就可以拿到锁进去操作了。条件变量，我要看一块共享数据里某一个条件是否达成，我很关心这个，如果我用互斥锁，不停的进入临界区看条件是否达成，这简直太悲剧了，这样一来， 我醒的时候会占CPU资源，但是却干不了什么时，只是频繁的看条件是否达成，而且这对别人来说也是一种损失，我每次加上锁，别人就进不了临界区干不了事 了。好吧，轮询总是痛苦的，咱等别人通知吧，于是条件变量出现了，我依旧要拿个锁，进了临界区，看到了共享数据，发现条件还不到，于是我就调用 pthread_cond_wait(),先不要锁，好让别人可以去对共享数据做操作，然后我就睡了，直到特定的条件发生，别人修改完了共享数 据，给我发了个消息，我又重新拿到了锁。

读写锁：
互斥锁是排他性锁，条件变量出现后和互斥锁配合工作能够有效的节省系统资源并提高线程之间的协同工作效率。互斥锁的目的是为了独占，条件变量的目的是为了 等待和通知。但是现实世界是很复杂di，我们要解决的问题也是多种多样di.从功能上来说，互斥锁和条件变量能够解决基本上所有的问题，但是性能上就不一 定完全满足了。人的无休止的欲望促使人发明出针对性更强、性能更好的同步机制来。读写锁就是这么一个玩意儿。 考虑一个文件有多个进程要读取其中的内容，但只有1个进程有写的需求。我们知道读文件的内容不会改变文件的内容，这样即使多个进程同时读相同的文件也没什 么问题，大家都能和谐共存。当写进程需要写数据时，为了保证数据的一致性，所有读的进程就都不能读数据了，否则很可能出现读出去的数据一半是旧的，一半是 新的状况，逻辑就乱掉了。 为了防止读数据的时候被写入新的数据，读进程必须对文件加上锁。现在假如我们有2个进程都同时读，如果我们使用上面的互斥锁和条件变量，当其中一个进程在 读取数据的时候，另一个进程只能等待，因为它得不到锁。从性能上考虑，等待进程所花费的时间是完全的浪费，因为这个进程完全可以读文件内容而不会影响第一 个，但是这个进程没有锁，所以它什么也做不了，只能等，等到花儿都谢了。 所以呢，我们需要一种其它类型的同步方式来满足上面的需求，这就是读写锁。 读写锁的出现能够有效的解决多进程并行读的问题。每一个需要读取的进程都申请读锁，这样大家互不干扰。当有进程需要写如数据时，首先申请写锁。如果在申请时发现有读(或者写)锁存在，则该写进程必须等待，一直等到所有的读(写)锁完全释放为止。读进程在读取之前首先申请读锁，如果所读数据被写锁锁定，则该 读进程也必须等待写锁被释放。 很自然的，多个读锁是可以共存的，但写锁是完全互相排斥的。
记录锁(文件锁)：
为了增加并行性，我们可以在读写锁的基础上进一步细分被锁对象的粒度。比如一个文件中，读进程可能需要读取该文件的前1k个字节，写进程需要写该文件的最 后1k个字节。我们可以对前1k个字节上读锁，对最后1k个自己上写锁，这样两个进程就可并发工作了。记录锁中的所谓“记录”其实是“内容”的概念。使用 读写锁可以锁定一部分，而不是整个文件 。 文件锁可以认为是记录锁的一个特例，当使用记录锁锁定文件的所有内容时，此时的记录锁就可以称为文件锁了。
信号灯：
信号灯可以说是条件变量的升级版。条件变量相当于铃铛，铃铛响后每个挂起的进程还需要自己获得互斥锁并判断所需条件是否满足，信号灯把这两步操作糅合到一 起。 在Posix.1基本原理一文声称，有了互斥锁和条件变量还提供信号灯的原因是：“本标准提供信号灯的而主要目的是提供一种进程间同步的方式 ；这些进程可能共享也可能不共享 内存区。互斥锁和条件变量是作为线程间的同步机制说明的 ；这些线程总是 共享(某个)内存区。这两者都是已广泛使用了多年的同步方式。每组原语都特别适合于特定的问题”。尽管信号灯的意图在于进程间同步，互斥锁和条件变量的意图在于线程间同步，但是信号灯也可用于线程间，互斥锁和条件变量 也可用于进程间。应当根据实际的情况进行决定。 信号灯最有用的场景是用以指明可用资源的数量。比如含有10个元素的数组，我们可以创建一个信号灯，初始值为0.每当有进程需要读数组中元素时(假设每次 仅能读取1个元素)，就申请使用该信号灯(信号灯的值减1)，当有进程需要写元素时，就申请挂出该信号等(信号灯值加1)。这样信号灯起到了确定可用资源数量的作用。如果我们限定信号灯的值只能取0和1，就和互斥锁的含义很相同了