為了保證多執行緒能夠正確的執行，於是有了鎖，鎖是為了解決執行緒對臨界資源的互斥訪問而生的機制。

互斥鎖

互斥鎖是最簡單的同步機制。程序要訪問加鎖的資源前先要獲得鎖，若鎖未被佔用，即獲得並佔用，用完釋放鎖。若執行緒訪問時鎖已被佔用，則由排程器阻塞該程序，直到鎖可用並且被排程使用。阻塞不佔用CPU。

由於鎖也是多執行緒的一部分，因此標頭檔案是 pthread.h，互斥鎖相關的API如下：

 pthread_mutex_t mutex;            /*建立鎖*/
 pthread_mutex_destroy(&mutex);    /*銷燬鎖*/
 pthread_mutex_init(
 
&mutex,NULL);  /*建立後初始化才能使用*/
 pthread_mutex_lock(&mutex);       
 pthread_mutex_trylock(&mutex);    
 pthread_mutex_timedlock(&mutex, &timeout);  
 pthread_mutex_unlock(&mutex);     /*釋放鎖*/

互斥鎖有三種獲得方式，阻塞呼叫 lock，如果呼叫時鎖已被佔用，執行緒就會被阻塞，加入到這個鎖的排隊佇列中。非阻塞呼叫 trylock，只是嘗試一下獲取鎖，如果沒人用就用，有人用了就不用。超時阻塞呼叫 timedlock，還是阻塞呼叫，但是設定一個最大阻塞時間，超過時間就不用了。

自旋鎖

自旋鎖的用法和互斥鎖一樣，只是在原理上稍有不同，導致它們的應用場景也大有不同。當鎖被佔用，另一個程序嘗試獲取鎖時，不想互斥鎖會將程序阻塞，自旋鎖是讓程序一直迴圈詢問鎖是否可用。這時CPU仍然一直被該程序佔用。相應的API使用如下。

 pthread_spinlock_t spin;        /*建立鎖*/
 pthread_spin_destroy(&spin);    /*銷燬鎖*/
 pthread_spin_init(&spin,NULL);  /*初始化鎖*/
 pthread_spin_lock(&spin);       /*獲取鎖*/
 pthread_spin_trylock(
 
&spin);    
 pthread_spin_unlock(&spin);     /*釋放鎖*/

對比：有的人說互斥鎖是sleep-wait模式，自旋鎖是busy-wait。我覺得很形象。

互斥鎖：鎖被佔用了？行吧，我也不是很急，我先小憩一下，並對排程器說：記得一會叫醒我。

自旋鎖：鎖被佔用了？我很急啊，快點快點啊，好了沒啊，好了沒啊…

所以互斥鎖用於可能阻塞很長時間的場景，自旋鎖用於阻塞時間很短的場景。

互斥鎖的系統開銷比自旋鎖大得多，需要進行系統的排程，執行緒上下文切換等，如果阻塞時間很短，那代價就有點高了。

讀寫鎖

讀寫鎖其實是一種特殊的自旋鎖。它把對共享資源的訪問者分成了讀者和寫者，寫是互斥的，一次只能有一個人寫；讀和寫也是互斥的，有人寫的時候就不能讀；但讀者之間不是互斥的，允許很多人一起讀。

讀寫鎖也叫共享-獨佔鎖。當讀寫鎖以讀模式鎖住時，它是以共享模式鎖住的；當它以寫模式鎖住時，它是以獨佔模式鎖住的。寫獨佔--讀共享。

這是一種更加實用的鎖，提高了程式的併發效能。從實際應用角度出發，讀鎖的優先順序應該要低於寫鎖的優先順序。

遞迴鎖和非遞迴鎖

互斥鎖按照是否可遞迴的性質劃分的兩種鎖。遞迴鎖又叫做可重入鎖，指一個程序中可以多次進入鎖；非遞迴鎖又叫做不可重入鎖。

來看一個例子：

MutexLock mutex;      
void testa()  
{  
    mutex.lock();  
    do_sth();
    mutex.unlock();  
}     
void testb()  
{  
  mutex.lock();   
  testa();  
  mutex.unlock();   
}

如果mutex是非遞迴鎖，那麼呼叫testb()時就會造成死鎖。如果mutex是遞迴鎖，就允許這樣多次進鎖。

linux中的鎖預設為非遞迴鎖，可以設定為遞迴鎖。不過，不建議使用遞迴鎖，程式容易出問題。

條件變數

提到鎖還必須要介紹的是條件變數，通常條件變數和互斥鎖搭配使用。

條件變數讓程序能夠一直睡眠等待直到某種條件滿足才開始執行。我們直接看最經典的例子，生產者和消費者的例子。我們有一個產品佇列，假設是無窮大，消費者在佇列空的時候不能消費，需要等待，程式碼如下：

#include <pthread.h>
struct msg {
struct msg *m_next;
/* ... more stuff here ... */
};
struct msg *workq;
pthread_cond_t qready = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_mutex_t qlock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
void process_msg(void)
{
    struct msg *mp;
    for (;;) {
        pthread_mutex_lock(&qlock);
        while (workq == NULL)        /*a.*/
            pthread_cond_wait(&qready, &qlock);
        mp = workq;
        workq = mp->m_next;
        pthread_mutex_unlock(&qlock);
    }
}
void enqueue_msg(struct msg *mp)
{
    pthread_mutex_lock(&qlock);
    mp->m_next = workq;
    workq = mp;
    pthread_mutex_unlock(&qlock);
    pthread_cond_signal(&qready);   /*b.*/
}

pthread_cond_wait()會先將鎖釋放，然後該程序進入阻塞。

pthread_cond_signal()會通知wait的程序執行，結束阻塞。

關於條件變數值得探討的幾個問題：

1.有了互斥鎖為什麼還要條件變數？

沒有條件變數，只用互斥鎖當然也可以解決問題。比如上面的例子，不用條件變數，因為互斥鎖進入阻塞的程序不是一直阻塞的，是由排程器排程的，如果一直沒有生產，那麼消費者就會頻繁被叫醒，醒來卻發現什麼也沒有，又要去睡。這樣會消耗很多資源。對於這種可能會阻塞很久的應用場景，使用條件變數，系統會在條件滿足時才去喚醒程序，這樣程序切換隻發生一次，大大節省資源。所以條件變數是用於特殊場景的，為了提高資源利用率而產生的。

2.在上面程式碼中註釋a處，為什麼使用while而不是if？

這是一個很有意思的地方，也很巧妙。while和if不同之處在於，當wait結束時，仍然需要再迴圈一遍while條件，確保真的是有貨可以消費了。如果是if，就會直接執行下面的程式碼。有時候可能會出現特殊情況，比如中斷，故障，使得跳出了wait，這時再迴圈判斷一次，程式的健壯性非常好。

3.在程式碼註釋b處，傳送訊號和解鎖語句的前後順序有什麼要求呢？

如果傳送訊號語句放在之前，被喚醒的時候鎖還沒有釋放，是不是又會去sleep呢？在linux中作業系統的設計師考慮了這個問題，不會發生這樣的情況。

如果放在之後，會出現這樣的情況：釋放鎖的瞬間，正好有另一個消費者進入消費，這時通知原來的消費者醒來，執行一次while判斷，發現workq還是NULL，白醒來了。其實這樣也是可以的，就是允許了消費者程序之間的競爭。這時這個while就很精髓了，如果是if，程序就不能知道它的貨已經被搶了。

不過在linux中一般讓傳送訊號語句放在之前，不允許程序搶佔原來已經等了很久的程序的貨，這樣也比較公平。

*以上都是參照網路部落格整理的，歡迎網友勘誤，共同進步。