線程同步與互斥（死鎖的避免）

臨界資源：

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一個進程的資源對于運行在它內部的線程是共享的，一次只允許一個線程使用的資源叫做臨界資源

臨界區(qū)：

訪問臨界資源的那段程序叫做臨界區(qū)

線程的同步：

同步就是協同步調，按照預定的先后順序執(zhí)行。

“同”字應是指協同、協助、互相配合。

線程的互斥：

某一資源同時只允許一個訪問者對其進行訪問，具有唯一性和排它性。

但互斥無法限制訪問者對資源的訪問順序，即訪問是無序的。

互斥量（mutex）

多個線程同時訪問共享數據時，經常會發(fā)生沖突，因此常常引入互斥鎖來解決這個問題。

沖突：例如對一個全局變量g_var進行加一操作，這樣的操作需要三條指令來完成：（1、把該變量的值從內存讀到寄存器；2、寄存器進行加一操作；3、把修改后的值寫回內存），因為這三條指令的執(zhí)行不是原子操作，有可能線程1執(zhí)行了第一步（把變量值讀到寄存器），此時內核調度線程2，線程2也把該值讀到寄存器，它們都進行加一操作后寫回內存，導致最后結果只加了一次，而我們希望是兩次。

解決：引入互斥鎖，獲得鎖的線程可以對變量進行“讀-修改-寫”操作，這個操作是原子的，完成這個操作后釋放鎖給別的線程，沒有獲得鎖的線程只能等待而不能訪問該共享數據。

有關函數：

1.互斥鎖的初始化及銷毀

其中初始化既可以使用函數pthread_mutex_init（），也可以定義pthread_mutex_t類型的變量mutex，并賦值PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER

2.對mutex的加鎖及解鎖

一個線程可以調用pthread_mutex_lock獲得Mutex,如果這時另一個線程已經調用pthread_mutex_lock獲得了該Mutex,則當前線程需要掛起等待,直到另一個線程調用pthread_mutex_unlock釋放Mutex,當前線程被喚醒,才能獲得該Mutex并繼續(xù)執(zhí)行。

如果一個線程既想獲得鎖,又不想掛起等待,可以調用pthread_mutex_trylock,如果Mutex已經被另一個線程獲得,這個函數會失敗返回EBUSY,而不會使線程掛起等待。

Mutex的lock和unlock的偽碼（以x86的xchg指令為例):

不使用互斥量代碼：

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

void *thread(void *arg)
{
    int count=2000;
    while(count-- >0){
        int var=g_var;
        printf("this is thread%d,g_var=%d\n",(int)arg,g_var);
        g_var=var+1;
    }
}

int main()
{
    pthread_t tid1,tid2;
    
    if(pthread_create(&tid1,NULL,thread,(void*)1)!=0){
        printf("creat tid1 is failed\n");
    }
    if(pthread_create(&tid1,NULL,thread,(void*)2)!=0){
        printf("creat tid1 is failed\n");
    }
    pthread_join(tid1,NULL);
    pthread_join(tid2,NULL);
    
    return 0;
}

運行結果：

第一次運行線程1和線程2一共加了2275次

第二次運行一共把g_var加了2000次

使用互斥量實現代碼：

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

//pthread_mutex_t mutex_lock=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

struct info
{
    int _var;
    pthread_mutex_t  *_mutex_lock;
}info;

int g_var=0;
void *thread(void *arg)
{
    struct info* _lock=(struct info*)arg;
    int count=2000;
    while(count-- >0){
        pthread_mutex_lock(_lock->_mutex_lock);
        int var=g_var;
        printf("this is thread%d,g_var=%d\n",_lock->_var,g_var);
        g_var=var+1;
        pthread_mutex_unlock(_lock->_mutex_lock);
    }   
}

int main()
{
    pthread_t tid1,tid2;
    pthread_mutex_t mutex_lock;
    int err=pthread_mutex_init(&mutex_lock,NULL);
    if(err!=0){
        printf("%s\n",strerror(err));
    }

    struct info info1;
    info1._var=1;
    info1._mutex_lock=&mutex_lock;

    if(pthread_create(&tid1,NULL,thread,&info1)!=0){
        printf("creat tid1 is failed\n");
    }

    struct info info2;
    info2._var=2;
    info2._mutex_lock=&mutex_lock;

    if(pthread_create(&tid2,NULL,thread,&info2)!=0){
        printf("creat tid2 is failed\n");
    }
    
    pthread_join(tid1,NULL);
    pthread_join(tid2,NULL);

    err=pthread_mutex_destroy(&mutex_lock);
    if(err!=0){
        printf("%s\n",strerror(err));
    }

    return 0;
}

運行結果：

線程1和線程2共執(zhí)行了4000次

總結：當一個線程已經獲得鎖，另一個線程需掛起等待，當該線程釋放鎖后，會喚醒正在等待線程。每個mutex都有一個等待隊列，當線程掛起時，就加入該等待隊列，狀態(tài)設置為睡眠。一個線程要喚醒別的線程，只需要從等待隊列中取出一項加入就緒隊列并把它的狀態(tài)設置為就緒。

有的時候一個線程會兩次獲得鎖，第一次正常獲得，第二次獲得所得時候發(fā)現鎖已經被別占用，它就會掛起，導致自己占用了鎖卻處于掛起狀態(tài)，這樣就產生了死鎖。

死鎖：

產生死鎖的原因

1、進程資源不足

2、進程推進的順序不合適

3、系統資源的分配不當

產生死鎖的必要條件：

1、互斥條件：一個資源一次只能被一個進程使用

2、請求與保持條件：一個已經進程因請求資源而阻塞，對已獲得的資源保持不放

3、不剝奪條件：進程已獲得的資源，在沒使用完之前，不能強行剝奪

4、循環(huán)等待條件：若干個進程之間形成一種頭尾相接的循環(huán)等待資源關系

產生死鎖時，以上四個必要條件一定都成立。

網頁名稱：線程同步與互斥（死鎖的避免）
瀏覽路徑：http://muchs.cn/article8/ijdgop.html

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