本文將會給出互斥量的詳細(xì)解說，并用一個互斥量解決上一篇文章中，要使用兩個信號量才能解決的只有子線程結(jié)束了對輸入的處理和統(tǒng)計(jì)后，主線程才能繼續(xù)執(zhí)行的問題。

一、什么是互斥量

互斥量是另一種用于多線程中的同步訪問方法，它允許程序鎖住某個對象，使得每次只能有一個線程訪問它。為了控制對關(guān)鍵代碼的訪問，必須在進(jìn)入這段代碼之前鎖住一個互斥量，然后在完成操作之后解鎖。

二、互斥量的函數(shù)的使用

它們的定義與使用信號量的函數(shù)非常相似，它們的定義如下：

#include <pthread.h> 
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *mutexattr); 
 
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex); 
 
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex); 
 
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex); 

它們的意義就如它們的名字所示的那樣，成功時返回0，失敗時返回錯誤代碼，它們并不設(shè)置errno。

pthread_mutex_init函數(shù)中的參數(shù)mutexattr指定互斥量的屬性，在這里我們并不關(guān)心互斥量的屬性，所以把它設(shè)置為NULL，使用默認(rèn)屬性即可。同樣的，pthread_mutex_lock和pthread_mutex_unlock都是原子操作，如果一個線程調(diào)用pthread_mutex_lock試圖鎖住互斥量，而該互斥量，又被其他線程鎖住（占用），則該線程的pthread_mutex_lock調(diào)用就會阻塞，直到其他線程對該互斥量進(jìn)行解鎖，該線程才能獲得該互斥量，pthread_mutex_lock調(diào)用才會返回。

注意，使用互斥量的默認(rèn)屬性，如果程序試圖對一個已經(jīng)加鎖的互斥量調(diào)用pthread_mutex_lock，程序就會阻塞，而又因?yàn)閾碛谢コ饬康倪@個線程正是現(xiàn)在被阻塞的線程，所以這個互斥量就永遠(yuǎn)不會被解鎖，也就是說，程序就會進(jìn)入死鎖的狀態(tài)。在使用時要多加注意，確保在同一個線程中，對加鎖的互斥再次進(jìn)行加鎖前要對其進(jìn)行解鎖。

三、使用互斥量進(jìn)行線程同步

下面以一個簡單的多線程程序來演示如何使用互斥量來進(jìn)行線程同步。在主線程中，我們創(chuàng)建子線程，并把數(shù)組msg作為參數(shù)傳遞給子線程，然后主線程調(diào)用函數(shù)pthread_mutex_lock對互斥量加鎖，等待輸入，輸入完成后，調(diào)用函數(shù)pthread_mutex_unlock對互斥量解鎖，從而使線程函數(shù)中的對互斥量加鎖的pthread_mutex_lock函數(shù)返回并執(zhí)行子線程中的代碼。線程函數(shù)在把字符串的小寫字母變成大寫并統(tǒng)計(jì)輸入的字符數(shù)量之后，它調(diào)用pthread_mutex_unlock對互斥量解鎖，使主線程能夠繼續(xù)獲得互斥量（即對其加鎖函數(shù)返回），再次執(zhí)行輸入功能直到主線程再次調(diào)用pthread_mutex_unlock對其解鎖，一直如此重復(fù)，直到輸入end。

源文件為lockthread.c，源代碼如下：

、#include <unistd.h> 
#include <pthread.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <stdio.h> 
#include <string.h> 
 
 
//聲明線程函數(shù)和互斥量 
void* thread_func(void *msg); 
pthread_mutex_t mutex; 
 
 
#define MSG_SIZE 512 
 
 
int main() 
{ 
  int res = -1; 
  pthread_t thread; 
  void *thread_result = NULL; 
  char msg[MSG_SIZE] = {'\0'}; 
  //初始化互斥量，使用默認(rèn)的互斥量屬性 
  res = pthread_mutex_init(&mutex, NULL); 
  if(res != 0) 
  { 
    perror("pthread_mutex_init failed\n"); 
    exit(EXIT_FAILURE); 
  } 
  //創(chuàng)建子線程，并把msg作為線程函數(shù)的參數(shù)傳遞給thread_func 
  res = pthread_create(&thread, NULL, thread_func, msg); 
  if(res != 0) 
  { 
    perror("pthread_create failed\n"); 
    exit(EXIT_FAILURE); 
  } 
  //輸入字符串，以串‘end'結(jié)束 
  printf("Input some test. Enter 'end' to finish\n"); 
  //把互斥量mutex加鎖，以確保同一時間只有該線程可以訪問msg中的數(shù)據(jù) 
  pthread_mutex_lock(&mutex); 
  while(strcmp("end\n", msg) != 0) 
  { 
    if(strncmp("TEST", msg, 4) == 0) 
    { 
      strcpy(msg, "copy_data\n"); 
    } 
    else 
    { 
      fgets(msg, MSG_SIZE, stdin); 
    } 
    //把互斥量mutex解鎖，讓其他的線程可以訪問msg中的數(shù)據(jù) 
    pthread_mutex_unlock(&mutex); 
    sleep(1);//休眠1秒再繼續(xù)循環(huán)，讓其他線程有執(zhí)行的機(jī)會 
    pthread_mutex_lock(&mutex); 
  } 
  pthread_mutex_unlock(&mutex); 
  printf("\nWaiting for thread finish...\n"); 
  //等待子線程結(jié)束 
  res = pthread_join(thread, &thread_result); 
  if(res != 0) 
  { 
    perror("pthread_join failed\n"); 
    exit(EXIT_FAILURE); 
  } 
  printf("Thread joined\n"); 
  //清理互斥量 
  pthread_mutex_destroy(&mutex); 
  exit(EXIT_SUCCESS); 
} 
void* thread_func(void *msg) 
{ 
  int i = 0; 
  char *ptr = msg; 
  sleep(1); 
  //把互斥量mutex加鎖，以確保同一時間只有該線程可以訪問msg中的數(shù)據(jù) 
  pthread_mutex_lock(&mutex); 
  while(strcmp("end\n", msg) != 0) 
  { 
    //把小寫字母變成大寫 
    for(i = 0; ptr[i] != '\0'; ++i) 
    { 
      if(ptr[i] >= 'a' && ptr[i] <='z') 
      { 
        ptr[i] -= 'a' - 'A'; 
      } 
    } 
    printf("You input %d characters\n", i-1); 
    printf("To uppercase: %s\n", ptr); 
    //把互斥量mutex解鎖，讓其他的線程可以訪問msg中的數(shù)據(jù) 
    pthread_mutex_unlock(&mutex); 
    sleep(1);//休眠1秒再繼續(xù)循環(huán)，讓其他線程有執(zhí)行的機(jī)會 
    pthread_mutex_lock(&mutex); 
  } 
  pthread_mutex_unlock(&mutex); 
  //退出線程 
  pthread_exit(NULL); 
} 

運(yùn)行結(jié)果如下：

程序分析：

這個程序的工作流程已經(jīng)說得非常清楚了，這里先來說說在main函數(shù)和線程函數(shù)thread_func中while循環(huán)中的sleep(1)語句的作用。可能很多人會認(rèn)為這個sleep(1)是為了讓子線程完成其處理和統(tǒng)計(jì)功能，所以要讓主線程休眠1秒鐘來等待子線程的處理統(tǒng)計(jì)工作的完成。的確在這里子線程進(jìn)行的工作十分簡單，1秒鐘內(nèi)的確可以處理統(tǒng)計(jì)完畢。但是這里的sleep(1)并不是為了實(shí)現(xiàn)這個功能，這兩個循環(huán)中的sleep(1)是為了讓其他的線程有機(jī)會被執(zhí)行到，如果在一次的加鎖和解鎖之間沒有這條語句的話，則當(dāng)前的線程將會一直在循環(huán)中獲得互斥量，因?yàn)槠渌木€程沒有執(zhí)行它的代碼的時間，所以就要用這樣的一條語句來給其他的線程一個運(yùn)行的機(jī)會。如果子線程的執(zhí)行時間超過1秒，這個程序還是會正常運(yùn)行。

以這個例子來說，在主線程中，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)完畢并對互斥量解鎖之后，并不馬上循環(huán)對其加鎖，此時子線程就有了執(zhí)行的機(jī)會，它會對互斥量進(jìn)行加鎖，同樣地，當(dāng)它處理統(tǒng)計(jì)完輸入的數(shù)據(jù)后，它在進(jìn)入下一次循環(huán)前，也休眠1秒，讓主線程有機(jī)會再次運(yùn)行。而主線程什么時候能夠執(zhí)行，取決于子線程何時對互斥量進(jìn)行解鎖。因?yàn)槿绻泳€程擁有（鎖住）互斥量，則主線程中函數(shù)pthread_mutex_lock就不會返回，使主線程處于阻塞狀態(tài)。

換句話來說，就是只有子線程結(jié)束了對輸入的處理和統(tǒng)計(jì)后，主線程才能繼續(xù)執(zhí)行，向msg中寫入數(shù)據(jù)。看到這里，你應(yīng)該知道之前在使用信號量時，我們多用一個信號量也是為了達(dá)到這個目的。所以當(dāng)我們輸入TEST時，程序有兩個輸入，但還是能正常運(yùn)行，同樣解決了之前使用一個信號量時所帶來的問題。

信號量和互斥量的作用都是保護(hù)代碼段的互斥設(shè)備，它們也非常相似。但在本例中，與使用信號量相比，實(shí)現(xiàn)同樣的功能，如果使用信號量的話，則需要兩個信號量，而使用互斥量的話，只需要一個?？梢哉f在本例中，使用互斥量更簡單。但是我覺得使用互斥量更容易犯錯，我們可以看到在這個例子中，我們需要使用sleep語句來讓其他線程獲得執(zhí)行的機(jī)會，但是在使用信號量的程序，它并不需要使用sleep，相對來說比較直觀。我知道可能是我的實(shí)現(xiàn)方法不好，但是對于使用互斥量來說，我想了很久也想不到不使用sleep的方法。

感謝閱讀，希望能幫助到大家，謝謝大家對本站的支持！

最新評論