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Linux-互斥-互斥锁-死锁

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发布时间：2019-03-07

本文共 2485 字，大约阅读时间需要 8 分钟。

互斥锁是Linux内核中实现进程间竞争控制的重要机制。它通过将共享资源的访问权限封锁在某个时刻只允许一个进程访问实现资源的独占性。以下将从互斥锁的工作原理、使用规范以及实际案例分析等方面，深入剖析互斥锁的相关知识。

互斥锁的原理

互斥锁的核心工作原理基于一个称为互斥量的计数器。这个计数器有两种状态：1和0。1表示当前资源可用，0则表示资源被占用。因此，互斥锁的加锁与解锁逻辑相对简单，其核心在于确保同一时间只有一条执行流能够获取到互斥锁。

获得/释放互斥锁的逻辑

加锁成功逻辑：当前互斥锁计数器为1则可以加锁，并将其置为0。如果计数器为0则阻塞等待。

加锁失败逻辑：如果加锁操作被阻塞，需要重新尝试，直到成功获取互斥锁才允许访问资源。

解锁操作：每次使用完资源后，必须确保将互斥锁置为1，以释放资源供其他进程使用。

互斥锁的接口与初始化

初始化互斥锁变量：在使用互斥锁之前，必须进行初始化。静态初始化使用pthread_mutex_t类型并利用PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER初始化常量。

动态初始化：调用pthread_mutex_init函数进行初始化，这需要传递锁的地址及属性参数，通常情况下传输NULL即可采用默认属性。

锁的状态控制：通过pthread_mutex_destroy函数可释放动态分配的锁资源，提醒开发者注意锁的存在性防止内存泄漏。

加锁与解锁接口

阻塞加锁：使用pthread_mutex_lock函数进行加锁，这在互斥量为0时会阻塞等待。

非阻塞加锁：pthread_mutex_trylock是非阻塞加锁接口，无论能否加锁都会立即返回，需根据返回结果判断是否需要重试。

带超时加锁：pthread_mutex_timedlock允许指定超时时间，若未在指定时间获得锁则返回，适用于防止死锁风险。

解锁接口：pthread_mutex_unlock用于释放锁，无论是哪一种加锁方式成功挂起的锁，都可以使用该接口解锁。

互斥锁的使用规范

初始化时间：始终在创建工作线程前对互斥锁进行初始化，确保每个线程共享相同的锁对象。

加锁主次序：对临界资源进行加锁操作前必须先加锁，避免出现数据竞争和其他并发问题。

解锁必慎：解锁必须始终在所有可能的异常点进行，确保锁的可用性。

锁的终止处理：在所有相关线程退出后，使用pthread_mutex_destroy销毁锁对象，避免内存泄漏。

代码实例分析

以下是一个简单的互斥锁测试代码示例：

// include(pthread.h)
#define THREAD_NUM 2
int g_tickets = 100000;
pthread_mutex_t my_lock;
void* MyThreadStart(void* arg) {
    while (1) {
        pthread_mutex_lock(&my_lock);
        if (g_tickets > 0) {
            printf("i have %d, i am %p\n", g_tickets, pthread_self());
            g_tickets--;
        } else {
            pthread_mutex_unlock(&my_lock);
            pthread_exit(NULL);
        }
        pthread_mutex_unlock(&my_lock);
    }
    return NULL;
}
int main() {
    pthread_mutex_init(&my_lock, NULL);
    pthread_t tid[THREAD_NUM];
    
    for (int i = 0; i < THREAD_NUM; ++i) {
        int ret = pthread_create(&tid[i], NULL, MyThreadStart, NULL);
        if (ret < 0) {
            perror("pthread_create");
            return 0;
        }
    }
    
    for (int i = 0; i < THREAD_NUM; ++i) {
        pthread_join(tid[i], NULL);
    }
    
    pthread_mutex_destroy(&my_lock);
    printf("pthread_join end...\n");
    return 0;
}