Pthread 互斥

初始化互斥

互斥使用 pthread_mutex_t 對象表示。正如 Pthread API 中的絕大多數對象，它表示提供給各種互斥接口的模糊結構。雖然你可以動态建立互斥，絕大多數使用方式都是靜态的：

                pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

上面這段代碼定義和初始化了一個互斥體 mutex。在使用互斥之前，需要做隻有這麼多。

對互斥加鎖

鎖（也稱為擷取）Pthread 互斥是通過 pthread_mutex_lock() 函數實作的：

        #include <pthread.h>         int pthread_mutex_lock (pthread_mutex_t *mutex);

成功調用 pthread_mutex_lock() 會阻塞調用的線程，直到由 mutex 指向的互斥體變得可用。一旦互斥體可用了，調用線程就會被喚醒，函數傳回 0。如果在調用時互斥體可用，函數會立即傳回。

出錯時，函數可能傳回的非 0錯誤碼如下：

EDEADLK   調用線程已經持有請求的互斥體。預設情況下，不會有錯誤碼，嘗試擷取已經持有的互斥體會導緻死                           鎖。 EINVAL       有 mutex 指向的互斥體是非法的。

調用方往往不會檢查傳回值，因為編碼風格良好的代碼不應該在運作時生成錯誤資訊。一種使用方式如下：

        pthread_mutex_lock (&mutex);

對互斥解鎖

加鎖的反面是解鎖，或者稱釋放互斥體。

        #include <pthread.h>         int pthread_mutex_unlock (pthread_mutex_t *mutex);

成功調用 pthread_mutex_unlock() 會釋放由 mutex 所指向的互斥體，并傳回 0。該調用不會阻塞，互斥可以立即釋放。

出錯時，函數傳回非 0 的錯誤碼，可能的錯誤碼如下：

EINVAL      由 mutex 指向的互斥體是無效的。 EPERM     調用程序沒有持有由 mutex 指向的互斥。該錯誤碼是不确定的，如果嘗試釋放一個沒有持有的互斥會産                       生 bug。

對于解鎖，使用者一般也不會檢查傳回值：                  pthread_mutex_unlock (&mutex);

Mutex示例

用銀行取款的問題作為例子：

static pthread_mutex_t the_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

int withdraw (struct account *account, int amount) {      pthread_mutex_lock (&the_mutex);      const int balance = account->balance;      if ( balance < amount)     {           pthread_mutex_unlock (&the_mutex);           return -1;      }      account->balance = balance - amount;      pthread_mutex_unlock (&the_mutex);

     disburse_money (amount);      return 0; }

這個例子使用 pthread_mutex_lock() 來擷取一個互斥體，然後通過 pthread_mutex_unlock() 釋放它。通過這種方式，有助于消除競争條件，但是它引入了銀行中單點競争問題：一次隻能有一個使用者取款！這會帶來很大性能瓶頸，對于一個規模很大的銀行而言，這種方式非常失敗。

是以，絕大多數對鎖的使用都避免全局鎖，而是把鎖和某些資料結構的特定執行個體關聯起來。這稱為細粒度鎖。它可以使得鎖語義更複雜，尤其是對于死鎖避免，但是它是利用現代計算機多核擴充的關鍵。

在這個例子中，不是定義全局鎖，而是在 account結構體内定義一把鎖，使得每個 account 執行個體都有自己的鎖。由于臨界區中的資料隻在 account 結構體中，是以這種機制工作良好。通過隻鎖定借方賬戶，銀行可以并行處理其他客戶的取款操作。

int withdraw (struct account *account, int amount) {      pthread_mutex_lock (&account->mutex);      const int balance = account->balance;      if ( balance < amount)     {           pthread_mutex_unlock (&account->mutex);           return -1;      }      account->balance = balance - amount;      pthread_mutex_unlock (&account->mutex);

     disburse_money (amount);      return 0; }

Scoped鎖

資源擷取及初始化 （RAII）是 C++ 的一種程式設計模式——它是C++語言最強大的模式之一。RAII 通過把資源的生命周期綁定到一個 scoped 對象的生命周期上，高效地實作了資源配置設定和回收。雖然 RAII 本是為了處理異常抛出後的資源清理而設計的，它是管理資源的最強大方式之一。舉個例子，RAII 支援建立一個 “Scpoed 檔案”對象，當建立對象時打開檔案，當對象超出範圍内自動關閉。同樣，我們也可以建立一個 “Scpoed 鎖”，在建立擷取鎖時，當超出作用域空間時，自動釋放互斥體。

#include <pthread.h> #include <boost/noncopyable.h>

class MutexLock : private boost::noncopyable { public:        MutexLock()        {                pthread_mutex_init (&mutex_, NULL);        }        ~MutexLock()        {                pthread_mutex_destory (&mutex_);        }        void lock ()        {              pthread_mutex_lock (&mutex_);        }         void unlock()         {               pthread_mutex_unlock(&mutex_);         }

private:       pthread_mutex_t mutex_; };

class MutexLockGuard : private boost::noncopyable { public:       explicit MutexLockGuard (MutexLock& mutex)               :mutex_(mutex)       {              mutex_.lock();       }       ~MutexLockGuard()       {               mutex_.unlock();        }

private:       MutexLock& mutex_; };