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linux多线程之互斥锁

news 2025/8/19 15:59:25

互斥锁基本原理

初始化互斥锁：pthread_mutex_init

获取互斥锁: pthread_mutex_lock

释放互斥锁: pthread_mutex_unlock

销毁互斥锁：pthread_mutex_destroy

互斥锁基本使用代码

死锁示例代码

互斥锁基本原理

在多线程编程中，互斥锁（Mutex，即 Mutual Exclusion 的缩写）是一种最基本的同步机制，用于保证在同一时刻只有一个线程能够访问共享资源，从而避免竞态条件（race condition）的发生。竞态条件指的是多个线程同时访问和修改共享资源，导致最终结果依赖于线程执行顺序的不确定情况。
互斥锁就像是一把锁，线程在访问共享资源前需要先获取这把锁。如果锁是可用的（即未被其他线程持有），线程获取锁并访问共享资源；如果锁已被其他线程持有，那么该线程会被阻塞，直到持有锁的线程释放锁，它才有机会获取锁并继续执行。

大家可以先看一下这篇文章了解一下多线程下信号量的使用：linux多线程之POSIX信号量-CSDN博客。其实互斥锁就跟信号量的值为1的情况下差不多。

初始化互斥锁：`pthread_mutex_init`

函数原型：

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *attr);

功能：初始化一个互斥锁。
参数：
- mutex：指向要初始化的互斥锁变量的指针。
- attr：用于指定互斥锁的属性，如设置为 NULL，则使用默认属性。默认属性下，互斥锁是快速互斥锁，适用于大多数场景。如果需要自定义互斥锁属性，如设置为递归互斥锁（允许同一线程多次获取锁），可以先初始化一个 pthread_mutexattr_t 结构体，通过相关函数设置属性后再传递给 pthread_mutex_init。
返回值：成功时返回 0，失败时返回非零错误码，如 EAGAIN（资源不足，无法初始化互斥锁）、EINVAL（无效的属性）等。

获取互斥锁: `pthread_mutex_lock`

函数原型：

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

功能：尝试获取指定的互斥锁。如果互斥锁当前未被其他线程持有，调用线程将获取锁并继续执行；如果互斥锁已被其他线程持有，调用线程会被阻塞，直到互斥锁可用。
参数：mutex 指向要获取的互斥锁变量的指针。
返回值：成功时返回 0，失败时返回非零错误码，如 EINVAL（无效的互斥锁）、EDEADLK（检测到死锁，例如线程尝试获取自己已经持有的非递归互斥锁）等。

释放互斥锁: `pthread_mutex_unlock`

函数原型：

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

功能：释放指定的互斥锁，使其他等待该互斥锁的线程有机会获取锁并继续执行。
参数：mutex 指向要释放的互斥锁变量的指针。
返回值：成功时返回 0，失败时返回非零错误码，如 EINVAL（无效的互斥锁）、EPERM（调用线程未持有该互斥锁却尝试释放它）等。

销毁互斥锁：`pthread_mutex_destroy`

函数原型：

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

功能：销毁一个已初始化的互斥锁，释放与之相关的资源。在销毁互斥锁之前，应确保没有线程持有该互斥锁。
参数：mutex 指向要销毁的互斥锁变量的指针。
返回值：成功时返回 0，失败时返回非零错误码，如 EBUSY（互斥锁正在被使用）、EINVAL（无效的互斥锁）等。

互斥锁基本使用代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>// 定义共享资源和互斥锁
int shared_resource = 0;
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;// 线程函数
void* increment_shared_resource(void* arg) {// 获取互斥锁pthread_mutex_lock(&mutex);shared_resource++;printf("Thread incremented shared_resource to %d\n", shared_resource);// 释放互斥锁pthread_mutex_unlock(&mutex);return NULL;
}int main() {const int num_threads = 5;pthread_t threads[num_threads];// 创建线程for (int i = 0; i < num_threads; i++) {if (pthread_create(&threads[i], NULL, increment_shared_resource, NULL) != 0) {perror("Thread creation failed");return 1;}}// 等待所有线程完成for (int i = 0; i < num_threads; i++) {if (pthread_join(threads[i], NULL) != 0) {perror("Thread join failed");return 1;}}return 0;
}

死锁示例代码

死锁使得一个或者多个线程被挂起而无法执行，而且这种情况还不容易被发现。在这里咱们简单说明两种会出现死锁的情况：“

在一个线程中对一个已经加锁的普通锁再次加锁，将导致死锁。这种情况可能出现在设计得不够仔细的递归函数中。
如果两个线程按照不同的顺序来申请两个互斥锁，也容易产生死锁。

我们对第二种情况写一个示例代码：

#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>int a = 0;
int b = 0;
pthread_mutex_t mutex_a;
pthread_mutex_t mutex_b;void* another( void* arg )
{pthread_mutex_lock( &mutex_b );printf( "in child thread, got mutex b, waiting for mutex a\n" );sleep( 5 );++b;pthread_mutex_lock( &mutex_a );b += a++;pthread_mutex_unlock( &mutex_a );pthread_mutex_unlock( &mutex_b );pthread_exit( NULL );
}int main()
{pthread_t id;pthread_mutex_init( &mutex_a, NULL );pthread_mutex_init( &mutex_b, NULL );pthread_create( &id, NULL, another, NULL );pthread_mutex_lock( &mutex_a );printf( "in parent thread, got mutex a, waiting for mutex b\n" );sleep( 5 );++a;pthread_mutex_lock( &mutex_b );a += b++;pthread_mutex_unlock( &mutex_b );pthread_mutex_unlock( &mutex_a );pthread_join( id, NULL );pthread_mutex_destroy( &mutex_a );pthread_mutex_destroy( &mutex_b );return 0;
}

代码说明：