Linux下线程同步对象(2-3)——读写锁和条件变量

文介绍了Linux下线程同步对象——互斥量，本文介绍另外Linux下同步对象——读写锁。

     如果多个线程同时读资源，则不会发生竞争关系，也不会出现资源的不一致性，所以读资源的时候不需要同步对象保护。但是如果写某个资源的时候，必须要进行同步保护，否则将会出现不一致性。在上文的互斥量中，不管读写都加锁，这样对于读资源操作非常多，但写资源非常少的情况下，效率会比较低。Linux提供了读写锁来解决这种情况下的效率问题。

     读写锁分为读锁定状态和写锁定状态，多个线程可以同时获得读锁定状态锁，进行各自的读操作。但是写锁定状态只能有一个线程获得，其他的线程线程的读锁定请求和写锁定请求都将会阻塞，直到当前的写锁定状态释放。

     创建和销毁读写锁用如下函数：

#include int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock); int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);

     为读写锁加读锁定状态函数如下：

#include

int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock); 

int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

pthread_rwlock_rdlock若当前读写锁为未加锁状态或者为读锁定状态，该函数都可以获得读写锁并返回；若该读写锁为写锁定状态，则该函数将阻塞调用线程，直到该读写锁的写锁定状态释放。pthread_rwlock_tryrdlock若当前读写锁为未加锁状态或者为读锁定状态，该函数都可以获得读写锁并返回；若该读写锁为写锁定状态，则该函数将立即返回错误（错误码为EBUSY），不阻塞调用线程。

     为读写锁加写锁定状态的函数如下：

#include int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock); int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

pthread_rwlock_wrlock如果当前读写锁状态为未锁定，则该函数锁定该锁，并立即返回；如果该锁的状态为读锁定状态或者写锁定状态，则该函数将阻塞调用线程，直到该锁的读写状态被释放。pthread_rwlock_trywrlock如果当前读写锁状态为未锁定锁定，则该函数锁定该锁，并立即返回；如果该锁的状态为读锁定状态或者写锁定状态，则该函数立即返回，并返回错误码EBUSY，不阻塞调用线程。

     解除读写锁的锁定状态函数如下：

#include int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

不管是读锁定状态和写锁定状态都调用这个函数接触锁定。

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 在前面两篇文章中介绍了Linux下的和两种线程同步对象。这两种线程同步对象都是用来保护特定资源（内存，文件句柄等）的。假如某个线程需要等待系统处于某种状态下才能继续执行，Linux为了解决这种问题引入了条件变量这种线程同步对象，本文简要介绍一下条件变量。

      条件变量必须要与互斥量一起使用时，允许线程以无竞争的方式等待特定条件的发生。线程在等待条件变量和通知条件变量之前都必须要先把保护条件变量的互斥量加锁。

     和其他线程同步对象一样，条件变量一样需要初始化和销毁，函数定义如下：

#include

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr);

 pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

条件变量可以用PTHREAD_COND_INITIALIZER常量初始化，或者调用pthread_cond_init函数初始化。销毁调用pthread_cond_destroy。

     线程等待条件变量的函数定义如下：

#include

int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex,

const struct timespec *restrict abstime); int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex);

两个函数的差别在于前者指定一个超时时间，在该时间内阻塞调用线程，并等待条件变量，如果规定时间内条件还没有发生，则函数返回，并返回错误值ETIMEDOUT；而后者会一直阻塞调用线程，直到条件发生。

     这个等待函数的使用有一些需要注意的地方，就是首先调用这两个函数之前首先要对保护这个条件变量的互斥量加锁，然后用这个加锁的互斥量作为参数调用条件变量等待函数。在等待函数内部将会对该互斥量解锁，为什么要对互斥量解锁呢？前面提到条件发生时，通知条件变量这个动作也是在这个互斥量保护之下的，加入这个互斥量不释放，那么它等待的条件永远都不会发生了，将会进入死锁状态。马上讲到条件变量的通知函数。

    典型条件变量的等待调用如下：1）对互斥量加锁。2）用该互斥量做参数，调用等待条件变量的函数。3）条件发生之后，处理该条件。4）对该互斥量解锁。

     当某个条件变量已经满足，可以调用如下函数来激活等待线程。

#include

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);

pthread_cond_signal将会激活等待线程中的一个；pthread_cond_broadcast将会激活所有的线程。另外请注意这两个函数也需要互斥量来保护。

      典型的条件变量激活调用方法如下：1）对互斥量加锁。2）修改条件，做自己该做的事儿。3）释放互斥量。4）调用上面两个函数通知等待线程。

     上面四个步骤中请注意3和4，千万不要搞反了，否则将会出现错误，等待函数可能会得不到执行（因为有线程竞争，后果未知）。具体原因请自行分析。

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