我们先来看看为什么需要同步和互斥呢?
因为需要保证线程安全,线程安全是指多个线程在同时运行时访问临界资源,不会导致程序产生二义性,程序结果唯一。但是多个线程在对临界资源进行的是非原子操作,有可能被其他线程打断,从而导致操作和得到结果不一致,进而产生程序的二义性。所以就需要同步与互斥来保证。

原子操作:操作一步完成,要么完成,要么没有完成,不存在中途被其他执行流打断。

互斥

功能:每一次只能有一个执行流访问临界资源,在这个执行流访问资源的期间,其他执行流不得访问资源。
互斥的实现
想实现互斥必须要用到互斥锁
互斥锁其实底层是一个互斥量,互斥量就是一个计数器。该计数器只有两个值0、1。(这个互斥变量是保存在寄存器中的)
0:表示当前不可以加锁,临界资源不可以被访问。
1:表示当前可以加锁,临界资源可以被访问。
也就是说当执行流想要访问临界资源时,需要先加锁,如果加锁成功那么访问临界资源。如果加锁失败,则阻塞知道加上锁。当执行流结束对临界资源的访问,就需要释放锁资源,以便让其他线程获取锁资源。

那么因为互斥量是一个计数器,所以在0或者1之间相互转换的时候,也是非原子操作的,有可能被其他执行流打断。 为了解决此问题我们是这样做的
Linux 互斥:互斥量、死锁

互斥锁的相关函数
1.定义互斥锁变量
pthread_mutex_t

2.初始化互斥锁变量
动态分配
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex,const pthread_mutexattr_t *restrict attr );
另一种初始化的方式(静态分配):
pthread_mutex_t mutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER
PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER:是一个宏定义,里面对结构体进行了宏定义,使用这种方法初始化的时候,其实是将结构体中的变量赋值给互斥锁变量。

3.加锁
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex)
功能:
如果临界资源可用,也就是互斥锁变量计数器为1,加锁成功,执行流继续执行下去。
如果临界资源不可用,互斥锁变量计数器为0,加锁失败,执行流阻塞等待,直到加上锁。

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex)
功能:
如果临界资源可用,也就是互斥锁变量计数器为1,加锁成功,执行流继续执行下去。
如果临界资源不可用,不会进行阻塞等待,加锁失败,返回EBUSY。

int pthread_mutex_timedlock(pthread_mutex_t *restrict mutex,const struct timespec *restrict abs_timeout);
abs_timeou:加锁超时时间。
功能:
当超过加锁超时时间还没有获得锁资源时,就会报错返回,不会阻塞等待,返回ETIMEDOUT。
struct timespec有两个参数,第一个参数表示秒,第二个参数表示纳秒。

4.解锁
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

5.摧毁互斥锁
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

互斥锁应用

死锁

学习了互斥锁之后,我们来看看什么是死锁?
程序当中,各个执行流都占有一把锁,但是都还想申请对方的锁,但是对方的锁被对方占用着,所以所有执行流都因为获取不到对方的锁而陷入阻塞。这就叫做死锁

死锁的四个必要条件
1.互斥条件:就是一把锁只能被一个线程拥有。
2.请求与保持条件:保持(执行流已经有了一把锁),请求(还想拥有新的锁)。
3.循环等待:很多个执行流之间请求锁资源的情况形成了闭环。
4.不可剥夺:别的执行流不能帮本执行流释放锁资源。

那么如何避免死锁:
1.破坏死锁的必要条件。
2.加锁顺序一致。
3.避免未释锁资源。
4.一次性分配所有资源

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