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【Linux系统编程】线程同步与互斥:读写锁


读写锁基本原理

当有一个线程已经持有互斥锁时,互斥锁将所有试图进入临界区的线程都阻塞住。但是考虑一种情形,当前持有互斥锁的线程只是要读访问共享资源,而同时有其它几个线程也想读取这个共享资源,但是由于互斥锁的排它性,所有其它线程都无法获取锁,也就无法读访问共享资源了,但是实际上多个线程同时读访问共享资源并不会导致问题。


在对数据的读写操作中,更多的是读操作,写操作较少,例如对数据库数据的读写应用。为了满足当前能够允许多个读出,但只允许一个写入的需求,线程提供了​​读写锁​​来实现。


​​读写锁​​的特点如下:


1)如果有其它线程读数据,则允许其它线程执行读操作,但不允许写操作。

2)如果有其它线程写数据,则其它线程都不允许读、写操作。



读写锁分为读锁和写锁,规则如下:


1)如果某线程申请了读锁,其它线程可以再申请读锁,但不能申请写锁。

2)如果某线程申请了写锁,其它线程不能申请读锁,也不能申请写锁。



POSIX 定义的读写锁的数据类型是: ​pthread_rwlock_t​。


读写锁基本操作

【Linux系统编程】线程同步与互斥:读写锁_Linux系统编程


以下函数所需头文件:


#include <pthread.h>  



1)初始化读写锁

int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *rwlock, const pthread_rwlockattr_t *attr); 

功能:


用来初始化 rwlock 所指向的读写锁。


参数:


rwlock​:指向要初始化的读写锁指针。

attr​:读写锁的属性指针。如果 attr 为 NULL 则会使用默认的属性初始化读写锁,否则使用指定的 attr 初始化读写锁。


可以使用宏 PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER 静态初始化读写锁,比如:



pthread_rwlock_t my_rwlock = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;

这种方法等价于使用 NULL 指定的 attr 参数调用 pthread_rwlock_init() 来完成动态初始化,不同之处在于PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER 宏不进行错误检查。

返回值:


成功:0,读写锁的状态将成为已初始化和已解锁。

失败:非 0 错误码。



2)申请读锁

int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock ); 

功能:


以阻塞方式在读写锁上获取读锁(读锁定)。如果没有写者持有该锁,并且没有写者阻塞在该锁上,则调用线程会获取读锁。如果调用线程未获取读锁,则它将阻塞直到它获取了该锁。一个线程可以在一个读写锁上多次执行读锁定。线程可以成功调用 pthread_rwlock_rdlock() 函数 n 次,但是之后该线程必须调用 pthread_rwlock_unlock() 函数 n 次才能解除锁定。


参数:


rwlock​:读写锁指针。


返回值:


成功:0

失败:非 0 错误码



int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock); 

用于尝试以非阻塞的方式来在读写锁上获取读锁。如果有任何的写者持有该锁或有写者阻塞在该读写锁上,则立即失败返回。


3)申请写锁

int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock ); 

功能:


在读写锁上获取写锁(写锁定)。如果没有写者持有该锁,并且没有写者读者持有该锁,则调用线程会获取写锁。如果调用线程未获取写锁,则它将阻塞直到它获取了该锁。


参数:


rwlock​:读写锁指针。


返回值:


成功:0

失败:非 0 错误码



int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock); 

用于尝试以非阻塞的方式来在读写锁上获取写锁。如果有任何的读者或写者持有该锁,则立即失败返回。


4)解锁

int pthread_rwlock_unlock (pthread_rwlock_t *rwlock); 

功能:


无论是读锁或写锁,都可以通过此函数解锁。


参数:


rwlock​:读写锁指针。


返回值:


成功:0

失败:非 0 错误码



5)销毁读写锁

int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);

功能:


用于销毁一个读写锁,并释放所有相关联的资源(所谓的所有指的是由 pthread_rwlock_init() 自动申请的资源) 。


参数:


rwlock​:读写锁指针。


返回值:


成功:0

失败:非 0 错误码



读写锁应用实例

下面是一个使用读写锁来实现 4 个线程读写一段数据是实例。在此示例程序中,共创建了 4 个线程,其中两个线程用来写入数据,两个线程用来读取数据。当某个线程读操作时,其他线程允许读操作,却不允许写操作;当某个线程写操作时,其它线程都不允许读或写操作。


示例代码如下:


#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>

pthread_rwlock_t rwlock; //读写锁
int num = 1;

//读操作,其他线程允许读操作,却不允许写操作
void *fun1(void *arg)
{
while(1)
{
pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
printf("read num first===%d\n",num);
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
sleep(1);
}
}

//读操作,其他线程允许读操作,却不允许写操作
void *fun2(void *arg)
{
while(1)
{
pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
printf("read num second===%d\n",num);
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
sleep(2);
}
}

//写操作,其它线程都不允许读或写操作
void *fun3(void *arg)
{
while(1)
{

pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
num++;
printf("write thread first\n");
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
sleep(2);
}
}

//写操作,其它线程都不允许读或写操作
void *fun4(void *arg)
{
while(1)
{

pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
num++;
printf("write thread second\n");
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
sleep(1);
}
}

int main()
{
pthread_t ptd1, ptd2, ptd3, ptd4;

pthread_rwlock_init(&rwlock, NULL);//初始化一个读写锁

//创建线程
pthread_create(&ptd1, NULL, fun1, NULL);
pthread_create(&ptd2, NULL, fun2, NULL);
pthread_create(&ptd3, NULL, fun3, NULL);
pthread_create(&ptd4, NULL, fun4, NULL);

//等待线程结束,回收其资源
pthread_join(ptd1,NULL);
pthread_join(ptd2,NULL);
pthread_join(ptd3,NULL);
pthread_join(ptd4,NULL);

pthread_rwlock_destroy(&rwlock);//销毁读写锁

return 0;
}







运行结果如下:


【Linux系统编程】线程同步与互斥:读写锁_Linux系统编程_02


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