许多互斥对象
如果放置了过多的互斥对象,代码就没有什么并发性可言,运行起来也比单线程解决方案慢。如果放置了过少的互斥对象,代码将出现奇怪和令人尴尬的错误。幸运的是,有一个中间立场。首先,互斥对象是用于串行化存取*共享数据*。不要对非共享数据使用互斥对象,并且,如果程序逻辑确保任何时候都只有一个线程能存取特定数据结构,那么也不要使用互斥对象。
其次,如果要使用共享数据,那么在读、写共享数据时都应使用互斥对象。用 pthread_mutex_lock() 和 pthread_mutex_unlock() 把读写部分保护起来,或者在程序中不固定的地方随机使用它们。学会从一个线程的角度来审视代码,并确保程序中每一个线程对内存的观点都是一致和合适的。为了熟悉互斥对象的用法,最初可能要花好几个小时来编写代码,但是很快就会习惯并且*也*不必多想就能够正确使用它们。
使用调用:初始化
现在该来看看使用互斥对象的各种不同方法了。让我们从初始化开始。在 中,我们使用了静态初始化方法。这需要声明一个 pthread_mutex_t 变量,并赋给它常数 PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER:
pthread_mutex_t mymutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
很简单吧。但是还可以动态地创建互斥对象。当代码使用 malloc() 分配一个新的互斥对象时,使用这种动态方法。此时,静态初始化方法是行不通的,并且应当使用例程 pthread_mutex_init():
int pthread_mutex_init( pthread_mutex_t *mymutex, const pthread_mutexattr_t *attr)
正如所示,pthread_mutex_init 接受一个指针作为参数以初始化为互斥对象,该指针指向一块已分配好的内存区。第二个参数,可以接受一个可选的 pthread_mutexattr_t 指针。这个结构可用来设置各种互斥对象属性。但是通常并不需要这些属性,所以正常做法是指定 NULL。
一旦使用 pthread_mutex_init() 初始化了互斥对象,就应使用 pthread_mutex_destroy() 消除它。pthread_mutex_destroy() 接受一个指向 pthread_mutext_t 的指针作为参数,并释放创建互斥对象时分配给它的任何资源。请注意, pthread_mutex_destroy() 不会 释放用来存储 pthread_mutex_t 的内存。释放自己的内存完全取决于您。还必须注意一点,pthread_mutex_init() 和 pthread_mutex_destroy() 成功时都返回零。
使用调用:锁定
pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex)
pthread_mutex_lock() 接受一个指向互斥对象的指针作为参数以将其锁定。如果碰巧已经锁定了互斥对象,调用者将进入睡眠状态。函数返回时,将唤醒调用者(显然)并且调用者还将保留该锁。函数调用成功时返回零,失败时返回非零的错误代码。
pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex)
pthread_mutex_unlock() 与 pthread_mutex_lock() 相配合,它把线程已经加锁的互斥对象解锁。始终应该尽快对已加锁的互斥对象进行解锁(以提高性能)。并且绝对不要对您未保持锁的互斥对象进行解锁操作(否则,pthread_mutex_unlock() 调用将失败并带一个非零的 EPERM 返回值)。
pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex)
当线程正在做其它事情的时候(由于互斥对象当前是锁定的),如果希望锁定互斥对象,这个调用就相当方便。调用 pthread_mutex_trylock() 时将尝试锁定互斥对象。如果互斥对象当前处于解锁状态,那么您将获得该锁并且函数将返回零。然而,如果互斥对象已锁定,这个调用也不会阻塞。当然,它会返回非零的 EBUSY 错误值。然后可以继续做其它事情,稍后再尝试锁定。
等待条件发生
互斥对象是线程程序必需的工具,但它们并非万能的。例如,如果线程正在等待共享数据内某个条件出现,那会发生什么呢?代码可以反复对互斥对象锁定和解锁,以检查值的任何变化。同时,还要快速将互斥对象解锁,以便其它线程能够进行任何必需的更改。这是一种非常可怕的方法,因为线程需要在合理的时间范围内频繁地循环检测变化。
在每次检查之间,可以让调用线程短暂地进入睡眠,比如睡眠三秒钟,但是因此线程代码就无法最快作出响应。真正需要的是这样一种方法,当线程在等待满足某些条件时使线程进入睡眠状态。一旦条件满足,还需要一种方法以唤醒因等待满足特定条件而睡眠的线程。如果能够做到这一点,线程代码将是非常高效的,并且不会占用宝贵的互斥对象锁。这正是 POSIX 条件变量能做的事!
而 POSIX 条件变量将是我下一篇文章的主题,其中将说明如何正确使用条件变量。到那时,您将拥有了创建复杂线程程序所需的全部资源,那些线程程序可以模拟工作人员、装配线等等。既然您已经越来越熟悉线程,我将在下一篇文章中加快进度。这样,在下一篇文章的结尾就能放上一个相对复杂的线程程序。说到等到条件产生,下次再见!