Linux實例：多線程和互斥鎖到底該如何使用

一、前言

最近在寫多進程和Linux中的各種鎖的文章，總覺得只有文字講解雖然能夠知道多進程和互斥鎖是什么，但是還是不知道到底該怎么用，今天我就用一個買票的例子來給大家講解一下多線程和互斥鎖到底該如何使用，相信大家對于這個知識點會有一個更深的理解。

二、場景介紹

今天以實際場景來給大家介紹一下多線程和互斥鎖，場景的描述如下：

有一個全局變量num

線程1和線程2都可以對num做加一操作

那理想情況下num的變化應該是這樣的：

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，但是如果用多線程會出現什么現象呢？我們一起來通過編程實現一下多線程。

三、編程測試

我們通過上面的描述大家應該已經理解了這個場景是在干什么事了，那么如何使用多線程讓程序同時對num進行操作呢？

如果要在C語言中使用多線程，我們需要用到線程創建函數pthread_create和線程回收函數pthread_join。具體這兩個函數的使用大家可以通過man+函數名的方式在控制臺進行查看。

知道了如何使用這兩個函數，下面我們就寫一個多線程的例子：

main.c

#include?
#include?

int?num=0;

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

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

int?main()
{
????pthread_t?id[2];
????//創建線程
????pthread_create(&id[0],NULL,fun_1,NULL);
????pthread_create(&id[1],NULL,fun_2,NULL);

????//等待線程的結束
????pthread_join(id[0],NULL);
????pthread_join(id[1],NULL);

}

通過gcc工具來編譯這個代碼，具體命令如下：

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

編譯完后會出現一個可執行文件main，執行該可執行文件，結果如下：

我們可以看到其實代碼并不是像我們想想的那樣兩個進程進行依次加一，這樣明顯是不對的，那怎么保證只有線程一完成了加一線程二才能對num的字進行操作呢？這里就不得不提C語言中的鎖了，今天就以互斥鎖來解決這個問題。

四、互斥鎖介紹

互斥鎖是一種用于確保同一時間只有一個線程訪問共享資源的機制。它是一種控制多個線程對共享資源的訪問，以確保線程安全。互斥鎖可以防止共享資源的競爭條件，從而保證程序的正確性。

互斥鎖也可以用來實現延遲，這是一種確保多個線程在某個特定時刻只有一個線程可以執行特定代碼段，直到其他線程完成指定任務的機制。這種機制可以確保在多線程環境中的正確性，以及確保線程之間的數據一致性。

要使用互斥鎖，首先需要創建一個互斥鎖，通常使用內置的函數或API。然后，在訪問共享數據之前，線程需要調用該互斥鎖的pthread_mutex_lock()函數，以獲取對共享數據的獨占訪問權。在訪問完成后，線程應調用pthread_mutex_unlock()函數釋放互斥鎖，以便其他線程可以訪問共享數據。

此外，在使用互斥鎖時，應特別注意死鎖的可能性，即兩個或多個線程因互相等待對方釋放互斥鎖而永久阻塞。為了避免死鎖，應該確保線程在訪問共享數據時，遵循一致的鎖定順序。

下面是我們更改之后的代碼，可以解決以上問題：

#include?
#include?

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

//需要開啟多進程的函數
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;
}

//需要開啟多進程的函數
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];
????//創建線程
????pthread_create(&id[0],NULL,fun_1,NULL);
????pthread_create(&id[1],NULL,fun_2,NULL);

????//等待線程的結束
????pthread_join(id[0],NULL);
????pthread_join(id[1],NULL);

}