linux中各種鎖機制的使用與區別詳解
相信需要了解這方面的知識的小夥伴，已經基本對程序間通訊和執行緒間通訊有了一定了解。例如，程序間通訊的機制之一：共享記憶體（在這裡不做詳解）：多個程序可同時訪問同一塊記憶體。如果不對訪問這塊記憶體的臨界區進行互斥或者同步，那麼程序的執行很可能出現一些不可預知的錯誤和結果。
接下來我們瞭解三種常見的Linux下的互斥操作—>鎖。
1.互斥鎖（mutex）
特點：對於讀者和寫者來說。只要有一方獲取了鎖，另一方則不能繼續獲取，進而執行臨界區程式碼。
建立鎖：
有兩種方法建立互斥鎖，靜態方式和動態方式。POSIX定義了一個巨集PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER 來靜態初始化互斥鎖，
方法如下：
pthread_mutex_t mutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
在LinuxThreads實現中，pthread_mutex_t是一個結構，而PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER則是一個結構常量。
動態方式是採用pthread_mutex_init()函式來初始化互斥鎖，API定義如下：
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t*mutexattr)
其中mutexattr用於指定互斥鎖屬性（見下），如果為NULL則使用預設屬性。 pthread_mutex_destroy ()用於登出一個互斥鎖，API定義如下：
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex)
鎖操作主要包括加鎖pthread_mutex_lock()、解鎖pthread_mutex_unlock()和測試加鎖 pthread_mutex_trylock()三個，不論哪種型別的鎖，都不可能被兩個不同的執行緒同時得到， 而必須等待解鎖。對於普通鎖和適應鎖型別，解鎖者可以是同進程內任何執行緒； 而檢錯鎖則必須由加鎖者解鎖才有效，否則返回EPERM；對於巢狀鎖，文件和實現要求必須由 加鎖者解鎖，但實驗結果表明並沒有這種限制，這個不同目前還沒有得到解釋。在同一程序中 的執行緒，如果加鎖後沒有解鎖，則任何其他執行緒都無法再獲得鎖。
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex)
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex)
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex)
pthread_mutex_trylock() 語義與pthread_mutex_lock()類似，不同的是在鎖已經被佔據時返回 EBUSY而不是掛起等待。
例如：單例模式下，執行緒安全的加鎖：
class SingleTon
{
public:
static SingleTon* getInstance()
{
pthread_mutex_lock(&mutex);
if(mpSingle == NULL)
{
mpSingleTon = new SingleTon();
}
pthread_mutex_unlock(&mutex);
return mpSingleTon;
}
private:
SingleTon(){};
~SingleTon(){pthread_mutex_desttroy(&mutex,NULL);}
static pthread_mutex_t mutex;
static SingleTon * mpSingleTon;
}
pthread_mutex_t SingleTon::mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
SingleTon * SingleTon::mpSingleTon = NULL;
優點：
由一塊能夠被多個程序共享的記憶體空間（一個對齊後的整型變數）組成；這個整型變數的值能夠通過組合語言呼叫CPU提供的原子操作指令來增加或減少，並且一個程序可以等待直到那個值變成正數。 的操作幾乎全部在應用程式空間完成；只有當操作結果不 一致從而需要仲裁時，才需要進入作業系統核心空間執行。這種機制允許使用的鎖定原語有非常高的執行效率：由於絕大多數 的操作並不需要在多個程序之間進行仲裁，所以絕大多數操作都可以在應用程式空間執行，而不需要使用（相對高代價的）核心系統調
用。
2.讀寫鎖
特點：讀寫鎖適合於對資料結構的讀次數比寫次數多得多的情況.因為,讀模式鎖定時可以共享,以寫 模式鎖住時意味著獨佔,所以讀寫鎖又叫共享-獨佔鎖.
初始化和銷燬:
int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const
pthread_rwlockattr_t *restrict attr);
int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);
成功則返回0,出錯則返回錯誤編號. 同互斥量以上,在釋放讀寫鎖佔用的記憶體之前,需要先通過 pthread_rwlock_destroy對讀寫鎖進行清理工作, 釋放由init分配的資源.
讀和寫:
int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
成功則返回0,出錯則返回錯誤編號.這3個函式分別實現獲取讀鎖,獲取寫鎖和釋放鎖的操作.獲 取鎖的兩個函式是阻塞操作,同樣,非阻塞的函式為:
int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
成功則返回0,出錯則返回錯誤編號.非阻塞的獲取鎖操作,如果可以獲取則返回0,否則返回 錯誤的EBUSY.
3.自旋鎖
特點：輪詢忙等待。
在單核cpu下不起作用：被自旋鎖保護的臨界區程式碼執行時不能進行掛起狀態。會造成死鎖
自旋鎖的初衷就是：在短期間內進行輕量級的鎖定。一個被爭用的自旋鎖使得請求它的執行緒在等待鎖重新可用的期間進行自旋（特別浪費處理器時間），所以自旋鎖不應該被持有時間過長。如果需要長時間鎖定的話, 最好使用訊號量。
API:
轉載自：