線程解析(三)

作者：曹忠明，華清遠見嵌入式學院講師。

前面我們說了線程的建立和撤銷，這裡我們說一下線程間的同步的問題。

當同一個進程中存在多個線程的時候，多個線程共用相同的記憶體，確保每個線程能夠看到一致的資料檢視，如果每個線程中都不會讀取或修改共同享有的變數，就不會存在一致性的問題，同樣如果共用變數時唯讀也就不會存在這個問題。但是，當某個線程可一個修改變數，而其他的線程去讀取或修改這個變數的時候，就需要進行線程間的同步，確保他們訪問變數的內容時不會訪問到無效的資料。

這裡介紹一種實現同步的方法：互斥量

互斥鎖本質上是一把鎖，在訪問共用資源的時候對互斥量進行加鎖，訪問結束後解鎖。在這裡我們說一下如何去操作互斥鎖。

1、 建立和撤銷

互斥量用pthread_mutex_t資料類型來表示，在使用之前必須對其進行初始化，用完之後釋放記憶體。互斥量初始化可以用PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER來初始化(靜態初始化)，亦可以使用pthread_mutex_init函數來實現，這種方法動態為互斥量分配記憶體，使用後必須使用pthread_mutex_destroy來釋放記憶體單元。下面是這些函數的原型：
        pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
        int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex,
        const pthread_mutexattr_t *restrict attr);
        int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

2、 鎖操作

鎖操作主要包括加鎖pthread_mutex_lock()、解鎖pthread_mutex_unlock()和測試鎖pthread_mutex_trylock()三個。通過pthread_mutex_lock對互斥量加鎖，這裡需要獲得鎖，如果無法獲得鎖則調用線程將阻塞到其他線程調用pthread_mutex_unlock對互斥量解鎖。
        int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
        int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
        int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

如果線程不希望被阻塞，則可以調用pthread_mutex_trylock嘗試對互斥量進行加鎖，當互斥量沒有被加鎖，則函數返回0，並鎖住互斥量，否則會失敗，返回EBUSY.

3、 樣本

下面我們用一個常式說明一下這些函數的使用。

#include <stdio.h>
        #include <pthread.h>

pthread_mutex_t mutex;

void *thread_a(void *arg)
        {
                printf("thread a enter/n");
                pthread_mutex_lock(&mutex);
                printf("mutex lock/n");
                sleep(10);
                pthread_mutex_unlock(&mutex);
                printf("mutex unlock/n");
        }

void *thread_b(void *arg)
        {
                printf("thread b enter/n");
                while(pthread_mutex_trylock(&mutex))
                {
                        printf("pthread trylock/n");
                        sleep(1);
                }
                printf("mutex lock/n");
                pthread_mutex_unlock(&mutex);
                printf("mutex unlock/n");
        }

int main(int argc, char **argv)
        {
                pthread_t tid_a,tid_b;
                int err;

        if(pthread_mutex_init(&mutex, NULL) != 0)
                {
                        perror("pthread_mutex_init");
                }

        err = pthread_create(&tid_a,NULL,thread_a,NULL);
                if(err < 0)
                {
                        perror("pthread_create thread_a");
                }
                sleep(1);
                err = pthread_create(&tid_b,NULL,thread_b,NULL);
                if(err < 0)
                {
                        perror("pthread_create thread_a");
                }

        sleep(20);
                printf("the main close/n");
                return 0;
        }

結果：
        thread a enter
        mutex lock
        thread b enter
        pthread trylock
        pthread trylock
        pthread trylock
        pthread trylock
        pthread trylock
        pthread trylock
        pthread trylock
        pthread trylock
        pthread trylock
        mutex unlock
        mutex lock
        mutex unlock
        the main close

由這裡的結果可以看出mutex的用處及幾個相關函數的使用方法。