pthread_mutex_t互斥量

静态分配的互斥量

互斥量既可以像静态变量那样分配，也可以在运行时动态创建（例如，通过malloc()在一块内存中分配）。这里先介绍静态分配，随后介绍动态分配。

互斥量是属于pthrad_mutex_t类型的变量。在使用之前必须对其初始化。对于静态分配的互斥量而言，可如下所示，将PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER赋给变量：

pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
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加锁和解锁互斥量

初始化之后，互斥量处于未锁定状态。函数pthread_mutex_lock()可以锁定某一互斥量，而函数pthread_mutex_unlock()则可以将一个互斥量解锁。

#include 
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
        Both return 0 on success, or a positive error number on error.
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pthread_mutex_lock()

• 如果互斥量当前处于未锁定状态， pthread_mutex_lock()将锁定互斥量并立即返回。
• 如果其他线程已经锁定了这一互斥量，那么pthread_lock()会一直阻塞，直至该互斥量被解锁，调用将锁定该互斥量并返回。
• 如果发起pthread_mutex_lock()调用的线程自身之前已然将目标互斥量锁定，对于互斥量的默认类型而言，可能会产生两种后果——视具体实现而定：线程陷入死锁（deadlock），因为试图锁定已为自己所持有的互斥量而遭到阻塞；或者调用失败，返回EDEADLK 错误。在Linux上，默认情况下线程会发生死锁。

pthread_mutex_unlock()

pthread_mutex_unlock()将解锁之前已遭调用线程锁定的互斥量，以下行为均属错误：

• 对处于未锁定状态的互斥量进行解锁。
• 解锁由其他线程锁定的互斥量。

如果有不止一个线程在等待获取由函数pthread_mutex_unlock()解锁的互斥量，则无法判断究竟哪个线程如愿以偿。

pthread_mutex_trylock()和pthread_mutex_timedlock()

Pthread API提供了pthread_mutex_lock()函数的两个变体：ptrhead_mutex_trylock()和ptrhead_mutex_timelock()。

• 如果信号量已然锁定，对其执行函数pthread_mutex_trylock()会失败并返回EBUSY错误，除此之外，该函数与pthread_mutex_lock()行为相同。
• 除了调用者可以指定一个附加参数abstime（设置线程等待获取互斥量时休眠的时间限制）外，pthread_mutex_timedlock()与pthread_mutex_lock()没有差别。如果参数abstime指定的时间间隔期满，而调用线程又没有获得对互斥量的拥有权，那么函数pthread_mutex_timedlock()返回ETIMEDOUT错误。

函数pthread_mutex_trylock()和pthread_mutex_timedlock()比pthread_mutex_lock()的使用频率要低很多。在大多数经过良好设计的应用程序中，线程对互斥量的持有时间应尽可能短，以避免妨碍其他线程的并发执行。这也保证了遭阻塞的其他线程可以很快获取对互斥量的锁定，若某一线程使用pthread_mutex_trylock()周期性地轮询是否可以对互斥量加锁，则有可能要承担这样的风险：当队列中的其他线程通过调用pthread_mutex_lock()相继获得对互斥量的访问时，该线程将始终与此互斥量无缘。

动态初始化互斥量

静态初始值PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER，只能用于对如下互斥量进行初始化：经由静态分配且携带默认属性。
其他情况下，必须调用pthread_mutex_init()对互斥量进行动态初始化。

#include 
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *attr);
        Returns 0 on success, or a positive error number on error.
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• 参数mutex
  • 指定函数执行初始化操作的目标互斥量。
• 参数attr
  • 是指向pthread_mutexattr_t类型对象的指针，该对象在函数调用之前已经过了初始化处理，用于定义互斥量的属性。
  • 若将attr设为NULL，则该互斥量的各种属性会取默认值。

SUSv3规定，初始化一个业已初始化的互斥量将导致未定义的行为，应当避免这一行为。
以下情况必须使用pthread_mutex_init()而非静态初始化互斥量。

• 动态分配于堆中的互斥量。
  • 例如，动态创建针对某一结构的链表，表中每个结构都包含一个pthread_mutex_t类型的字段来存放互斥量，借以保护对该结构的访问。
• 互斥量是在栈中分配的自动变量。
• 初始化经由静态分配，且不使用默认属性的互斥量。

（也即是，只有静态分配且使用默认属性的互斥量才用静态初始化。）

当不再需要经由自动或动态分配的互斥量时，应使用pthread_mutex_destroy()将其销毁。（对于使用PHREAD_MUTEX_INTIALIZER 静态初始化的互斥量，无需调用pthread_mutex_destroy()。）

#include 
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t * mutex);
        Returns 0 on success, or a positive error number on error.
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只有互斥量处于未锁定状态，且后续也无任何线程企图锁定它时，将其销毁才是安全的。
若互斥量驻留于动态分配的一片内存区域中，应在释放(free)此内存区域前将其销毁。对于自动分配的互斥量，也应在宿主函数返回前将其销毁。

经由pthread_mutex_destroy()销毁的互斥量，可调用pthread_mutex_init()对其重新初始化。

互斥量类型

前面的规则归纳如下：

• 同一线程不应对同一互斥量加锁两次。
• 线程不应对不为自己所拥有的互斥量解锁（亦即，尚未锁定互斥量）。
• 线程不应对一尚未锁定的互斥量做解锁动作。

准确地说，上述情况的结果取决于互斥量类型（type），SUSv3定义了以下互斥量类型：

• PTHREAD_MUTEX_NORMAL
  • 该类型的互斥量不具有死锁检测（自检）功能。
  • 如线程试图对已由自己锁定的互斥量加锁，则发生死锁。
  • 互斥量处于未锁定状态，或者已由其他线程锁定，对其解锁会导致不确定的结果。（在Linux上，对这类互斥量的上述两种操作都会成功。）
• PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK
  • 对此类互斥量的所有操作都会执行错误检查。所有上述3种情况都会导致相关Pthreads函数返回错误。
  • 这类互斥量运行起来比一般类型要慢，不过可以将其作为调试工具，以发现程序哪里违反了互斥量使用的基本原则。
• PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE
  • 递归互斥量有一个锁计数器。
  • 当线程第一次取得互斥量时，会将锁计数器都置1.
  • 后续由同一线程执行的每次加锁操作会递增锁计数器的数值，而解锁操作则递减计数器计数。
  • 只有当锁计数器值降至0时，才会释放（release，亦即可谓其他线程所用）该互斥量。
  • 解锁时如目标互斥量处于未锁定状态，或是已由其他线程锁定，操作都会失败。

Linux的线程实现针对以上各种类型的互斥量提供了非标准的静态初始值（例如，PTHREAD_RECURSIVE_MUTEX_INITIALIZER_NP），以便对那些通过静态分配的互斥量进行初始化，而无需使用pthread_mutex_init()函数。不过，为保证程序可移植性，应该避免使用这些初始值。

除了上述类型，SUSv3还定义了PTHREAD_MUTEX_DEFAULT类型:

• 使用PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER初始化的互斥量，或是经调用参数 attr为NULL的pthread_mutex_init()函数所创建的互斥量，都属于此类型。
• Linux上，PTHREAD_MUTEX_DEFAULT类型互斥量的行为与PTHREAD_MUTEX_NORMAL类型相仿。

下例创建一个带有错误检查属性的互斥量：

pthread_mutex_t mtx;
pthread_mutexattr_t mtxAttr;
pthread_mutexattr_init(&mtxAttr);
pthread_mutexattr_settype(&mtxAttr, PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK);
pthread_mutex_init(mtx, &mtxAttr);
pthread_mutexattr_destroy(&mtxAttr);
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