Pthread 互斥

初始化互斥

互斥使用 pthread_mutex_t 对象表示。正如 Pthread API 中的绝大多数对象，它表示提供给各种互斥接口的模糊结构。虽然你可以动态创建互斥，绝大多数使用方式都是静态的：

                pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

上面这段代码定义和初始化了一个互斥体 mutex。在使用互斥之前，需要做只有这么多。

对互斥加锁

锁（也称为获取）Pthread 互斥是通过 pthread_mutex_lock() 函数实现的：

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

成功调用 pthread_mutex_lock() 会阻塞调用的线程，直到由 mutex 指向的互斥体变得可用。一旦互斥体可用了，调用线程就会被唤醒，函数返回 0。如果在调用时互斥体可用，函数会立即返回。

出错时，函数可能返回的非 0错误码如下：

EDEADLK   调用线程已经持有请求的互斥体。默认情况下，不会有错误码，尝试获取已经持有的互斥体会导致死                           锁。 EINVAL       有 mutex 指向的互斥体是非法的。

调用方往往不会检查返回值，因为编码风格良好的代码不应该在运行时生成错误信息。一种使用方式如下：

        pthread_mutex_lock (&mutex);

对互斥解锁

加锁的反面是解锁，或者称释放互斥体。

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

成功调用 pthread_mutex_unlock() 会释放由 mutex 所指向的互斥体，并返回 0。该调用不会阻塞，互斥可以立即释放。

出错时，函数返回非 0 的错误码，可能的错误码如下：

EINVAL      由 mutex 指向的互斥体是无效的。 EPERM     调用进程没有持有由 mutex 指向的互斥。该错误码是不确定的，如果尝试释放一个没有持有的互斥会产                       生 bug。

对于解锁，用户一般也不会检查返回值：                  pthread_mutex_unlock (&mutex);

Mutex示例

用银行取款的问题作为例子：

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; }

这个例子使用 pthread_mutex_lock() 来获取一个互斥体，然后通过 pthread_mutex_unlock() 释放它。通过这种方式，有助于消除竞争条件，但是它引入了银行中单点竞争问题：一次只能有一个用户取款！这会带来很大性能瓶颈，对于一个规模很大的银行而言，这种方式非常失败。

因此，绝大多数对锁的使用都避免全局锁，而是把锁和某些数据结构的特定实例关联起来。这称为细粒度锁。它可以使得锁语义更复杂，尤其是对于死锁避免，但是它是利用现代计算机多核扩展的关键。

在这个例子中，不是定义全局锁，而是在 account结构体内定义一把锁，使得每个 account 实例都有自己的锁。由于临界区中的数据只在 account 结构体中，所以这种机制工作良好。通过只锁定借方账户，银行可以并行处理其他客户的取款操作。

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锁

资源获取及初始化 （RAII）是 C++ 的一种编程模式——它是C++语言最强大的模式之一。RAII 通过把资源的生命周期绑定到一个 scoped 对象的生命周期上，高效地实现了资源分配和回收。虽然 RAII 本是为了处理异常抛出后的资源清理而设计的，它是管理资源的最强大方式之一。举个例子，RAII 支持创建一个 “Scpoed 文件”对象，当创建对象时打开文件，当对象超出范围内自动关闭。同样，我们也可以创建一个 “Scpoed 锁”，在创建获取锁时，当超出作用域空间时，自动释放互斥体。

#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_; };