一、前言

最近在寫(xiě)多進(jìn)程和Linux中的各種鎖的文章，總覺(jué)得只有文字講解雖然能夠知道多進(jìn)程和互斥鎖是什么，但是還是不知道到底該怎么用，今天我就用一個(gè)買(mǎi)票的例子來(lái)給大家講解一下多線(xiàn)程和互斥鎖到底該如何使用，相信大家對(duì)于這個(gè)知識(shí)點(diǎn)會(huì)有一個(gè)更深的理解。

二、場(chǎng)景介紹

今天以實(shí)際場(chǎng)景來(lái)給大家介紹一下多線(xiàn)程和互斥鎖，場(chǎng)景的描述如下：

有一個(gè)全局變量num

線(xiàn)程1和線(xiàn)程2都可以對(duì)num做加一操作

那理想情況下num的變化應(yīng)該是這樣的：

num=1
num=2
num=3
num=4
num=5
num=6
num=7
num=8
num=9
num=10
num=11
num=12
num=13
num=14
num=15
num=16
num=17
num=18
num=19
num=20
num=21
num=22
num=23
num=24
num=25
num=26
num=27
num=28
num=29
num=30
num=31
num=32
num=33
num=34
num=35
num=36
num=37
num=38
num=39
num=40
num=41

這是我們的理想狀態(tài)，但是如果用多線(xiàn)程會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？我們一起來(lái)通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)一下多線(xiàn)程。

三、編程測(cè)試

我們通過(guò)上面的描述大家應(yīng)該已經(jīng)理解了這個(gè)場(chǎng)景是在干什么事了，那么如何使用多線(xiàn)程讓程序同時(shí)對(duì)num進(jìn)行操作呢？

如果要在C語(yǔ)言中使用多線(xiàn)程，我們需要用到線(xiàn)程創(chuàng)建函數(shù)pthread_create和線(xiàn)程回收函數(shù)pthread_join。具體這兩個(gè)函數(shù)的使用大家可以通過(guò)man+函數(shù)名的方式在控制臺(tái)進(jìn)行查看。

?

知道了如何使用這兩個(gè)函數(shù)，下面我們就寫(xiě)一個(gè)多線(xiàn)程的例子：

main.c

#include?
#include?

int?num=0;

//需要開(kāi)啟多進(jìn)程的函數(shù)
void?*?fun_1(void?*?args)
{
????while(num<40)
????{
????????num++;
????????printf("num=%d
",num);
????}
????return?NULL;
}

//需要開(kāi)啟多進(jìn)程的函數(shù)
void?*?fun_2(void?*?args)
{
????while(num<40)
????{
????????num++;
????????printf("num=%d
",num);
????}
????return?NULL;
}

int?main()
{
????pthread_t?id[2];
????//創(chuàng)建線(xiàn)程
????pthread_create(&id[0],NULL,fun_1,NULL);
????pthread_create(&id[1],NULL,fun_2,NULL);

????//等待線(xiàn)程的結(jié)束
????pthread_join(id[0],NULL);
????pthread_join(id[1],NULL);

}

通過(guò)gcc工具來(lái)編譯這個(gè)代碼，具體命令如下：

gcc?main.c?-pthread?-o?main

編譯完后會(huì)出現(xiàn)一個(gè)可執(zhí)行文件main，執(zhí)行該可執(zhí)行文件，結(jié)果如下：

我們可以看到其實(shí)代碼并不是像我們想想的那樣兩個(gè)進(jìn)程進(jìn)行依次加一，這樣明顯是不對(duì)的，那怎么保證只有線(xiàn)程一完成了加一線(xiàn)程二才能對(duì)num的字進(jìn)行操作呢？這里就不得不提C語(yǔ)言中的鎖了，今天就以互斥鎖來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

四、互斥鎖介紹

互斥鎖是一種用于確保同一時(shí)間只有一個(gè)線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)共享資源的機(jī)制。它是一種控制多個(gè)線(xiàn)程對(duì)共享資源的訪(fǎng)問(wèn)，以確保線(xiàn)程安全。互斥鎖可以防止共享資源的競(jìng)爭(zhēng)條件，從而保證程序的正確性。

互斥鎖也可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)延遲，這是一種確保多個(gè)線(xiàn)程在某個(gè)特定時(shí)刻只有一個(gè)線(xiàn)程可以執(zhí)行特定代碼段，直到其他線(xiàn)程完成指定任務(wù)的機(jī)制。這種機(jī)制可以確保在多線(xiàn)程環(huán)境中的正確性，以及確保線(xiàn)程之間的數(shù)據(jù)一致性。

要使用互斥鎖，首先需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)互斥鎖，通常使用內(nèi)置的函數(shù)或API。然后，在訪(fǎng)問(wèn)共享數(shù)據(jù)之前，線(xiàn)程需要調(diào)用該互斥鎖的pthread_mutex_lock()函數(shù)，以獲取對(duì)共享數(shù)據(jù)的獨(dú)占訪(fǎng)問(wèn)權(quán)。在訪(fǎng)問(wèn)完成后，線(xiàn)程應(yīng)調(diào)用pthread_mutex_unlock()函數(shù)釋放互斥鎖，以便其他線(xiàn)程可以訪(fǎng)問(wèn)共享數(shù)據(jù)。

此外，在使用互斥鎖時(shí)，應(yīng)特別注意死鎖的可能性，即兩個(gè)或多個(gè)線(xiàn)程因互相等待對(duì)方釋放互斥鎖而永久阻塞。為了避免死鎖，應(yīng)該確保線(xiàn)程在訪(fǎng)問(wèn)共享數(shù)據(jù)時(shí)，遵循一致的鎖定順序。

下面是我們更改之后的代碼，可以解決以上問(wèn)題：

#include?
#include?

pthread_mutex_t?mutex?=?PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
int?num=0;

//需要開(kāi)啟多進(jìn)程的函數(shù)
void?*?fun_1(void?*?args)
{
????while(num<40)
????{
????????sleep(2);
????????pthread_mutex_lock(&mutex);//加鎖
????????printf("fun_1:pthread_mutex_lock
");
????????num++;
????????printf("num=%d
",num);
????????pthread_mutex_unlock(&mutex);//解鎖
????????printf("fun_1:pthread_mutex_unlock
");
????}
????return?NULL;
}

//需要開(kāi)啟多進(jìn)程的函數(shù)
void?*?fun_2(void?*?args)
{
????while(num<40)
????{
????????sleep(2);
????????pthread_mutex_lock(&mutex);//加鎖
????????printf("fun_2:pthread_mutex_lock
");
????????num++;
????????printf("num=%d
",num);
????????pthread_mutex_unlock(&mutex);//解鎖
????????printf("fun_2:pthread_mutex_unlock
");
????}
????return?NULL;
}

int?main()
{
????pthread_t?id[2];
????//創(chuàng)建線(xiàn)程
????pthread_create(&id[0],NULL,fun_1,NULL);
????pthread_create(&id[1],NULL,fun_2,NULL);

????//等待線(xiàn)程的結(jié)束
????pthread_join(id[0],NULL);
????pthread_join(id[1],NULL);

}

通過(guò)代碼的打印我們可以看出，只有在加鎖的線(xiàn)程釋放了鎖，其他的進(jìn)程才能對(duì)資源進(jìn)行操作，這就是鎖的作用。

這里可以試一下如果讓線(xiàn)程二加完鎖之后不進(jìn)行釋放鎖會(huì)怎么樣呢？我們來(lái)看一下：

可以看到如果線(xiàn)程二對(duì)資源加了鎖，但是不釋放鎖的話(huà)，線(xiàn)程一和線(xiàn)程二都將無(wú)法對(duì)資源進(jìn)行操作。

編輯：黃飛

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