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读写锁应用场景，适合读多写少

news 来源：原创 2025/5/18 6:44:58

以下ASCII结构图展示了读写锁的并发控制机制：

读者线程1  ----+|  读锁共享
读者线程2  ----+|  写锁互斥
写者线程  -----+

该实现采用pthread读写锁(pthread_rwlock_t)和多线程技术，成功模拟了缓存和全局配置的高并发读取与低频写入场景。通过读写锁机制，实现了多线程安全并发读取，同时确保写入操作的互斥性。

代码完整展示了读写锁的核心特性：读操作可并发执行，写操作独占资源。这种机制特别适用于读多写少的并发场景，是多线程编程中兼顾性能优化和数据一致性的关键解决方案。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>// 缓存结构体，包含数据和读写锁
typedef struct {char *data;pthread_rwlock_t lock;
} Cache;Cache global_cache;  // 全局缓存对象// 初始化缓存及其读写锁
void init_cache() {global_cache.data = NULL;if (pthread_rwlock_init(&global_cache.lock, NULL) != 0) {fprintf(stderr, "缓存读写锁初始化失败\n");exit(EXIT_FAILURE);}
}// 缓存读线程函数（高频读操作）
void* cache_reader(void *arg) {int id = *(int*)arg;for (int i = 0; i < 3; i++) {if (pthread_rwlock_rdlock(&global_cache.lock) == 0) {printf("读线程 %d: 缓存内容 = %s\n", id,global_cache.data ? global_cache.data : "(空)");pthread_rwlock_unlock(&global_cache.lock);} else {fprintf(stderr, "读线程 %d: 获取读锁失败\n", id);}sleep(1);}return NULL;
}// 缓存写线程函数（低频写操作）
void* cache_writer(void *arg) {int id = *(int*)arg;char buf[32];for (int i = 0; i < 2; i++) {if (pthread_rwlock_wrlock(&global_cache.lock) == 0) {free(global_cache.data);snprintf(buf, sizeof(buf), "新数据版本%d", i + 1);global_cache.data = strdup(buf);printf("写线程 %d: 更新缓存为 '%s'\n", id, global_cache.data);pthread_rwlock_unlock(&global_cache.lock);} else {fprintf(stderr, "写线程 %d: 获取写锁失败\n", id);}sleep(3);}return NULL;
}// 全局配置结构体，包含配置项和读写锁
typedef struct {int log_level;int max_connections;pthread_rwlock_t lock;
} AppConfig;// 全局配置对象，初始化默认值和锁
AppConfig config = {1, 100, PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER};// 配置读线程函数（高频读操作）
void* config_reader(void *arg) {int id = *(int*)arg;for (int i = 0; i < 3; i++) {if (pthread_rwlock_rdlock(&config.lock) == 0) {printf("配置读线程 %d: 日志级别=%d, 最大连接数=%d\n",id, config.log_level, config.max_connections);pthread_rwlock_unlock(&config.lock);} else {fprintf(stderr, "配置读线程 %d: 获取读锁失败\n", id);}sleep(1);}return NULL;
}// 配置写线程函数（低频写操作）
void* config_writer(void *arg) {int id = *(int*)arg;for (int i = 0; i < 2; i++) {if (pthread_rwlock_wrlock(&config.lock) == 0) {config.log_level++;config.max_connections += 10;printf("配置写线程 %d: 更新为 日志级别=%d, 最大连接数=%d\n",id, config.log_level, config.max_connections);pthread_rwlock_unlock(&config.lock);} else {fprintf(stderr, "配置写线程 %d: 获取写锁失败\n", id);}sleep(5);}return NULL;
}int main() {init_cache();  // 初始化缓存和锁pthread_t readers[2], writers[1];pthread_t config_readers[2], config_writers[1];int ids[3] = {1, 2, 3};  // 线程编号// 启动缓存读线程for (int i = 0; i < 2; i++)if (pthread_create(&readers[i], NULL, cache_reader, &ids[i]) != 0)fprintf(stderr, "创建缓存读线程失败\n");// 启动缓存写线程if (pthread_create(&writers[0], NULL, cache_writer, &ids[0]) != 0)fprintf(stderr, "创建缓存写线程失败\n");// 启动配置读线程for (int i = 0; i < 2; i++)if (pthread_create(&config_readers[i], NULL, config_reader, &ids[i]) != 0)fprintf(stderr, "创建配置读线程失败\n");// 启动配置写线程if (pthread_create(&config_writers[0], NULL, config_writer, &ids[0]) != 0)fprintf(stderr, "创建配置写线程失败\n");// 等待所有线程结束for (int i = 0; i < 2; i++) {pthread_join(readers[i], NULL);pthread_join(config_readers[i], NULL);}pthread_join(writers[0], NULL);pthread_join(config_writers[0], NULL);// 清理资源pthread_rwlock_destroy(&global_cache.lock); // 销毁缓存读写锁free(global_cache.data);                    // 释放缓存数据pthread_rwlock_destroy(&config.lock);       // 销毁配置读写锁return 0;
}/*
ASCII结构图，体现读写锁并发控制：
这段代码通过pthread读写锁（pthread_rwlock_t）和多线程，
分别模拟了缓存和全局配置的高并发读、低频写场景，实现了
多个线程可以安全并发读取、但写入时互斥的资源访问控制。
代码展示了读写锁的典型用法：读操作可并发，写操作独占，
适用于读多写少的场景，是多线程并发编程中提升性能和保证
数据一致性的常用技术。
*/