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互斥量（Mutex，全称 Mutual Exclusion）用于保证同一时间只有一个线程（或进程）访问共享资源，从而避免并发操作导致的数据不一致问题

news 2025/9/2 9:08:29

在 Linux 中，互斥量（Mutex，全称 Mutual Exclusion） 是一种用于多线程（或多进程）同步的机制，用于保证同一时间只有一个线程（或进程）访问共享资源，从而避免并发操作导致的数据不一致问题。

互斥量的核心思想是"独占访问"：当一个线程持有互斥量时，其他线程必须等待该线程释放互斥量后才能获取，以此实现对共享资源的安全访问。

互斥量的核心特性

互斥性：同一时间只能有一个线程持有互斥量（获得锁），其他线程尝试获取时会阻塞等待。
原子性：获取和释放互斥量的操作是原子的（不可分割），不会被其他线程打断。
所有权：互斥量具有"所有权"属性，只有持有它的线程才能释放它（避免其他线程误释放）。
阻塞/非阻塞模式：支持阻塞等待（获取不到锁时休眠）和非阻塞模式（获取不到锁时立即返回错误）。

线程互斥量（pthread_mutex_t）

Linux 中最常用的是 POSIX 线程库（pthread） 提供的线程互斥量，通过 pthread_mutex_t 类型实现，主要用于同一进程内的多线程同步。

基本操作函数

函数	功能描述
`pthread_mutex_init`	初始化互斥量
`pthread_mutex_lock`	获取互斥量（阻塞模式，获取不到则等待）
`pthread_mutex_trylock`	尝试获取互斥量（非阻塞模式，失败立即返回）
`pthread_mutex_unlock`	释放互斥量
`pthread_mutex_destroy`	销毁互斥量，释放资源

示例代码：线程互斥量的使用

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>int shared_count = 0;  // 共享资源
pthread_mutex_t mutex;  // 互斥量// 线程函数：安全地递增共享变量
void *increment_count(void *arg) {for (int i = 0; i < 10000; i++) {// 获取互斥量（加锁）pthread_mutex_lock(&mutex);shared_count++;  // 临界区：操作共享资源// 释放互斥量（解锁）pthread_mutex_unlock(&mutex);}return NULL;
}int main() {pthread_t tid1, tid2;// 初始化互斥量pthread_mutex_init(&mutex, NULL);// 创建两个线程同时操作共享变量pthread_create(&tid1, NULL, increment_count, NULL);pthread_create(&tid2, NULL, increment_count, NULL);// 等待线程结束pthread_join(tid1, NULL);pthread_join(tid2, NULL);// 销毁互斥量pthread_mutex_destroy(&mutex);printf("最终结果：%d（预期 20000）\n", shared_count);return 0;
}

说明：

若不使用互斥量，两个线程同时修改 shared_count 可能导致结果小于 20000（竞态条件）。
加锁后，shared_count++ 操作被保护为"原子操作"，确保结果正确。

进程互斥量（跨进程互斥）

除了线程间，互斥量也可用于多进程同步（如多个进程访问共享内存时）。实现方式是将互斥量放在共享内存中，并通过初始化属性指定为跨进程共享。

关键步骤

创建共享内存，用于存放互斥量。
初始化互斥量时，设置 PTHREAD_PROCESS_SHARED 属性，允许跨进程访问。

// 进程间互斥量初始化示例
pthread_mutexattr_t attr;
pthread_mutexattr_init(&attr);
// 设置互斥量可跨进程共享
pthread_mutexattr_setpshared(&attr, PTHREAD_PROCESS_SHARED);
// 在共享内存中初始化互斥量
pthread_mutex_init(&mutex, &attr);

互斥量的类型（属性）

通过 pthread_mutexattr_settype 可设置互斥量类型，适应不同场景：

PTHREAD_MUTEX_DEFAULT：默认类型，不提供死锁检测，解锁非自己持有的互斥量会导致未定义行为。
PTHREAD_MUTEX_NORMAL：与默认类型类似，不做错误检查。
PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK：提供错误检查（如解锁未持有或未初始化的互斥量时返回错误），性能略低。
PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE：递归互斥量，允许同一线程多次加锁（需对应次数的解锁），避免线程自己死锁。

互斥量 vs 其他同步机制

机制	特点对比	适用场景
互斥量	独占访问，有所有权，支持递归（特定类型）	线程/进程间共享资源的互斥访问
信号量	计数器模式，允许多个线程同时访问	限制资源访问数量（如连接池）
读写锁	区分读写操作，读共享、写独占	读多写少的场景

互斥量是最基础、最常用的同步工具，尤其适合"同一时间只允许一个执行者"的场景（如修改全局变量、操作链表等）。