【Linux】多线程(自旋锁、读写锁)

int pthread_spin_lock(pthread_spinlock_t *lock);int pthread_spin_trylock(pthread_spinlock_t *lock);int pthread_spin_unlock(pthread_spinlock_t *lock);int pthread_spin_init(pthread_spinlock_t *lock, int pshared);pshared有两个选项，PTHREAD_PROCESS_PRIVATE和PTHREAD_PROCESS_SHARED。private选项表示自旋锁只能在同一进程内的多个线程内使用。pshared表示可以在多个不同的进程内使用同一个自旋锁。int pthread_spin_destroy(pthread_spínlock_t *lock );

注意事项

在使用自旋锁时，需要确保锁被释放的时间尽可能短，以避免 CPU 资源的浪费。
在多 CPU 环境下，自旋锁可能不如其他锁机制高效，因为它可能导致线程在不同的 CPU 上自旋等待。

结论

自旋锁是一种适用于短时间内锁竞争情况的同步机制，它通过减少线程切换的开销来提高锁操作的效率。然而，它也存在 CPU 资源浪费和可能引起活锁等缺点。在使用自旋锁时，需要根据具体的应用场景进行选择，并确保锁被释放的时间尽可能短。

样例代码

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <pthread.h> int ticket = 1000; pthread_spinlock_t lock; void *route(void *arg) { char *id = (char *)arg; while (1) { pthread_spin_lock(&lock); if (ticket > 0) { usleep(1000); printf("%s sells ticket:%d\n", id, ticket); ticket--; pthread_spin_unlock(&lock); } else { pthread_spin_unlock(&lock); break; } } return nullptr; } int main(void) { pthread_spin_init(&lock, PTHREAD_PROCESS_PRIVATE); pthread_t t1, t2, t3, t4; pthread_create(&t1, NULL, route, (void *)"thread 1"); pthread_create(&t2, NULL, route, (void *)"thread 2"); pthread_create(&t3, NULL, route, (void *)"thread 3"); pthread_create(&t4, NULL, route, (void *)"thread 4"); pthread_join(t1, NULL); pthread_join(t2, NULL); pthread_join(t3, NULL); pthread_join(t4, NULL); pthread_spin_destroy(&lock); return 0; }

读写锁

在编写多线程的时候，有一种情况是十分常见的。那就是，有些公共数据修改的机会比较少。相比较改写，它们读的机会反而高的多。通常而言，在读的过程中，往往伴随着查找的操作，中间耗时很长。给这种代码段加锁，会极大地降低我们程序的效率。那么有没有一种方法，可以专门处理这种多读少写的情况呢？有，那就是读写锁。

注意：写独占，读共享，读锁优先级高

读者和读者是并发关系，写者和写者是互斥，读者和写者是互斥&&同步。

pthread库里面给我们提供了读写锁。

初始化和销毁

加锁和解锁

rd是以读者身份加锁，wr是以写者身份加锁。

解锁都用同一个函数解锁。

样例代码

#include <iostream> #include <pthread.h> #include <unistd.h> #include <vector> #include <cstdlib> #include <ctime> // 共享资源 int shared_data = 0; // 读写锁 pthread_rwlock_t rwlock; // 读者线程函数 void *Reader(void *arg) { //sleep(1); //读者优先，一旦读者进入&&读者很多，写者基本就很难进入了 int number = *(int *)arg; while (true) { pthread_rwlock_rdlock(&rwlock); // 读者加锁 std::cout << "读者-" << number << " 正在读取数据, 数据是: " << shared_data << std::endl; sleep(1); // 模拟读取操作 pthread_rwlock_unlock(&rwlock); // 解锁 } delete (int*)arg; return NULL; } // 写者线程函数 void *Writer(void *arg) { int number = *(int *)arg; while (true) { pthread_rwlock_wrlock(&rwlock); // 写者加锁 shared_data = rand() % 100; // 修改共享数据 std::cout << "写者- " << number << " 正在写入. 新的数据是: " << shared_data << std::endl; sleep(2); // 模拟写入操作 pthread_rwlock_unlock(&rwlock); // 解锁 } delete (int*)arg; return NULL; } int main() { srand(time(nullptr)^getpid()); pthread_rwlock_init(&rwlock, NULL); // 初始化读写锁 // 可以更高读写数量配比，观察现象 const int reader_num = 2; const int writer_num = 2; const int total = reader_num + writer_num; pthread_t threads[total]; // 假设读者和写者数量相等 // 创建读者线程 for (int i = 0; i < reader_num; ++i) { int *id = new int(i); pthread_create(&threads[i], NULL, Reader, id); } // 创建写者线程 for (int i = reader_num; i < total; ++i) { int *id = new int(i - reader_num); pthread_create(&threads[i], NULL, Writer, id); } // 等待所有线程完成 for (int i = 0; i < total; ++i) { pthread_join(threads[i], NULL); } pthread_rwlock_destroy(&rwlock); // 销毁读写锁 return 0; }

读者优先

在这种策略中，系统会尽可能多地允许多个读者同时访问资源（比如共享文件或数据），而不会优先考虑写者。这意味着当有读者正在读取时，新到达的读者会立即被允许进入读取区，而写者则会被阻塞，直到所有读者都离开读取区。读者优先策略可能会导致写者饥饿（即写者长时间无法获得写入权限），特别是当读者频繁到达时。

写者优先

在这种策略中，系统会优先考虑写者。当写者请求写入权限时，系统会尽快地让写者进入写入区，即使此时有读者正在读取。这通常意味着一旦有写者到达，所有后续的读者都会被阻塞，直到写者完成写入并离开写入区。写者优先策略可以减少写者等待的时间，但可能会导致读者饥饿（即读者长时间无法获得读取权限），特别是当写者频繁到达时。

【Linux】多线程(自旋锁、读写锁)

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前言

自旋锁

概述

原理

优点与缺点优点

使用场景

Linux提供的自旋锁系统调用

注意事项

结论

样例代码

读写锁

初始化和销毁

加锁和解锁

样例代码

读者优先

写者优先

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