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在C语言多线程环境中使用互斥量

article 2025/2/3 20:06:35

如果有十个银行账号通过不同的十条线程同时向同一个账号转账时，如果没有很好的机制保证十个账号依次存入，那么这些转账可能出问题。我们可以通过互斥量来解决。

C标准库提供了这个互斥量，只需要引入threads.头文件。

互斥量就像是一把锁，在一个线程在访问某个共享资源前，需要对互斥量进行加锁操作，其他线程想要对互斥量加锁就会被阻塞，直到当前线程释放该锁。当锁被释放后，被阻塞的线程都开始继续执行，并再次重复前面的步骤，开始争夺可以对互斥量进行加锁的操作。

互斥量这种方式，可以保证每次只有一个线程在操作共享资源。例子如下：

#include <threads.h>
#include <stdio.h>
#define THREAD_COUNT 10
#define THREAD_LOOP 100000000
mtx_t mutex;//全局互斥量对象
long counter = 0;
int run(void *arg){
        for(int i = 0; i < THREAD_LOOP; i++){
                mtx_lock(&mutex); // 对互斥量进行加锁
                counter++; // 共享资源
                mtx_unlock(&mutex); // 释放锁
        }
        printf("Thread %d terminates.\n",*((int*)arg));
        return thrd_success;
}

int main(void){
#ifndef __STDC_NO_THREADS__
        int ids[THREAD_COUNT];
        mtx_init(&mutex,mtx_plain);//创建一把锁
        thrd_t threads[THREAD_COUNT];
        for(int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++){
                ids[i] = i+1;
                thrd_create(&threads[i],run,ids+i);//创建线程
        }
        for(int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++){
                thrd_join(threads[i],NULL);//等待所有线程执行完成
        }
        printf("Counter value is: %ld.\n",counter);
        mtx_destroy(&mutex);//销毁互斥量对象
#endif
        return 0;
}

~/Desktop$ gcc mtx.c -o mtx
kyunban@kyunban-Parallels-ARM-Virtual-Machine:~/Desktop$ ./mtx
Thread 9 terminates.
Thread 5 terminates.
Thread 8 terminates.
Thread 1 terminates.
Thread 6 terminates.
Thread 7 terminates.
Thread 3 terminates.
Thread 2 terminates.
Thread 4 terminates.
Thread 10 terminates.
Counter value is: 1000000000.

在C语言中，互斥量有三种：

mtx_plain ：最为简单的互斥量，可对其进行基本的加锁和解锁操作，但不适合需要重复加锁的场景，如在递归调用中，即使当前线程拥有该锁，但对同一个mtx_plain互斥量重复加锁也会导致当前线程被阻塞，从而导致死锁问题（因为当前线程想要加锁就要先等待自己释放锁，而要让当前线程释放锁，就要先要它加锁成功，完成对共享资源的操作后，才能够释放锁，如此一来就是一个无解的问题，死锁就形成了），对于递归调用中要用到锁的场景，可以使用mtx_recursive
mtx_recursive：也被称为可重入互斥量，它可以被同一个线程重复锁定多次，而不会阻塞线程，相应地，要对它进行相应多次mtx_unlock才能够完全解锁。
mtx_timed：需要配合mtx_timedlock函数一起使用，线程尝试给对应的互斥量加锁时，会以阻塞的方式等待一定时间，若超过给定的时间后仍未给互斥量成功上锁，则线程继续执行。

C标准库还提供了以下两个与“互斥”有关的函数：