POSIX多線程互斥量及其應用
pthread_mutex_t _mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; ①
int pthread_mutex_init( pthread_mutex_t *mutex, pthread_mutex attr_t *attr );②
int pthread_mutex_destroy (pthread_mutex_t *mutex);
程序中的互斥量是用pthread_mutex_t類型的變量來表示的，不能拷貝互斥量變量，因爲是用拷貝的互斥量是不確定的。但是可以拷貝指向互斥量的指針，這樣就可以使多個函數或線程共享互斥量來實現同步。
創建和銷燬互斥量：
互斥量一般聲明爲兩種類型，在函數體外、文件範圍內使用聲明爲靜態類型；如果有其他文件使用則聲明爲外部類型。當使用malloc動態分配一個包含互斥量的數據結構時，通常不採用靜態方式(①)初始化一個互斥量，此時應使用pthread_mutex_init(②)來動態初始化靜態類型的互斥量。如果要動態初始化靜態類型的互斥量，則必須保證每個互斥量在使用前被初始化且只能被初始化一次。當初始化一個非缺省屬性的互斥量時，則必須使用動態初始化。
當不再需要一個通過pthread_mutex_init動態初始化的互斥量時，應調用int pthread_mutex_destroy來釋放它。而使用PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER宏初始化的互斥量則不需要被釋放。
int pthread_mutex_lock (pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_trylock (pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_unlock (pthread_mutex_t *mutex);
互斥量的加鎖與解鎖：
在最簡單情況下使用互斥量時容易的事情：通過調用pthread_mutex_lock或pthread_mutex_trylock鎖住互斥量，處理共享數據，然後調用pthread_mutex_unlock解鎖互斥量。
當調用線程已經鎖住互斥量之後，就不能再加鎖該互斥量。試圖這樣做的結果可能是返回錯誤(EDEADLK)或者可能陷入“自死鎖”，使線程永遠等待下去。不能解鎖一個已經解鎖的互斥量，也不能解鎖由其他線程鎖住的互斥量。被鎖住的互斥量是屬於加鎖線程的。
接下來貼一段使用互斥量版本的鬧鐘例子(運行環境爲ubuntu + Qt)：
#include <QCoreApplication>
#include <pthread.h>
#include <time.h>
#include "errors.h"
#include <QDebug>
typedef struct alarm_tag {
struct alarm_tag *link;
int seconds;
time_t time; /* seconds from EPOCH */
char message[64];
} alarm_t;
pthread_mutex_t alarm_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
alarm_t *alarm_list = NULL;
void *alarm_thread (void *arg)
{
alarm_t *alarm;
int sleep_time;
time_t now;
int status;
while (1) {
status = pthread_mutex_lock (&alarm_mutex);
if (status != 0)
err_abort (status, "Lock mutex");
alarm = alarm_list;
if (alarm == NULL)
sleep_time = 1;
else {
alarm_list = alarm->link;
now = time (NULL);
if (alarm->time <= now)
sleep_time = 0;
else
sleep_time = alarm->time - now;
#ifdef DEBUG
printf ("[waiting: %d(%d)\"%s\"]\n", alarm->time,
sleep_time, alarm->message);
#endif
}
status = pthread_mutex_unlock (&alarm_mutex);
if (status != 0)
err_abort (status, "Unlock mutex");
if (sleep_time > 0)
sleep (sleep_time);
else
sched_yield ();
if (alarm != NULL) {
printf ("(%d) %s\n", alarm->seconds, alarm->message);
free (alarm);
}
}
}
int main(int argc, char *argv[])
{
// QCoreApplication a(argc, argv);
int status;
char line[128];
alarm_t *alarm, **last, *next;
pthread_t thread;
status = pthread_create (
&thread, NULL, alarm_thread, NULL);
if (status != 0)
err_abort (status, "Create alarm thread");
while (1) {
printf ("alarm> ");
if (fgets (line, sizeof (line), stdin) == NULL) exit (0);
if (strlen (line) <= 1) continue;
alarm = (alarm_t*)malloc (sizeof (alarm_t));
if (alarm == NULL)
errno_abort ("Allocate alarm");
if (sscanf (line, "%d %64[^\n]",
&alarm->seconds, alarm->message) < 2) {
fprintf (stderr, "Bad command\n");
free (alarm);
} else {
status = pthread_mutex_lock (&alarm_mutex);
if (status != 0)
err_abort (status, "Lock mutex");
alarm->time = time (NULL) + alarm->seconds;
last = &alarm_list;
next = *last;
while (next != NULL) {
if (next->time >= alarm->time) {
alarm->link = next;
*last = alarm;
break;
}
last = &next->link;
next = next->link;
}
if (next == NULL) {
*last = alarm;
alarm->link = NULL;
}
#ifdef DEBUG
printf ("[list: ");
for (next = alarm_list; next != NULL; next = next->link)
printf ("%d(%d)[\"%s\"] ", next->time,
next->time - time (NULL), next->message);
printf ("]\n");
#endif
status = pthread_mutex_unlock (&alarm_mutex);
if (status != 0)
err_abort (status, "Unlock mutex");
}
}
// return a.exec();
}
上面程序是對多線程版本鬧鐘程序的改進。
簡單理下程序結構：
alarm_t結構體包含了一個標準UNIX time_t類型的絕對時間，表示從UNIX紀元(1970年1月1日 00:00)開始到鬧鈴時的秒數。線程函數依次處理alarm_list 中每個鬧鐘的請求，線程永不停止，當main函數返回時，線程“政蒸發”。如果列表中沒有鬧鐘請求，則線程阻塞自己1秒，解鎖互斥量，以便主線程可以添加新的鬧鐘請求。
在線程睡眠或阻塞之前，總要解鎖互斥量。如果互斥量仍被鎖住，則主線程即就無法向列表中添加請求，這將使程序變成同步工作方式。調用sched_yield則變得不同，現在只需簡單理解爲將處理器交給另一個等待運行的線程。
主函數程序與之前差別不大，主要是講鬧鐘請求排序後加入鬧鐘結構體中。
該改進版本有幾個缺點。雖然與多進程版本和多線程版本相比，該版本佔用的資源很少，但是響應性不夠好。改進的方法是使用條件變量來通知共享數據狀態的變化，之後我們會有說明。
如果大家覺得還闊以，歡迎大家留言交流。
