C 封裝互斥量和條件變數

2021-07-04 08:09:58 字數 2588 閱讀 1147

(1)互斥量是保護臨界區的另一種方法,當執行執行緒在臨界區的執行時間很長時,那麼就最好使用互斥量了,否則會造成其他的執行緒將會在臨界區外忙等,浪費cpu時間;此時其他執行緒發現臨界區已經被互斥量鎖住,那麼它們將會阻塞;當互斥量被釋放時,有多個執行緒在阻塞,多個執行緒均會被喚醒,但是只有乙個執行緒可以獲得該鎖,其他的執行緒將會繼續阻塞;

(2)當執行執行緒需要在臨界區睡眠時,那麼就最好使用互斥量,如果採用自旋鎖,那麼其他的執行緒將會在臨界區外忙等,浪費cpu時間;

(3)posix的互斥量支援遞迴加鎖和非遞迴加鎖,對於非遞迴加鎖可能會造成死鎖,試想如果乙個已經持有某互斥量的執行緒繼續想要持有該鎖,由於不支援遞迴,因此程式將會死鎖(自己將自己鎖死),進而我們可能需要修改程式的邏輯;而遞迴加鎖,雖然可以讓該執行緒繼續執行,但是會使得臨界區的資料被破壞,造成程式也有可能會崩潰

互斥量的實現

(c++封裝linux的pthread系統呼叫)

class mutex final  

int err = pthread_mutex_init(&_mutex, &attr);

(void) err;

} ~mutex()

int lock()

int unlock()

pthread_mutex_t* getmutexptr()

private:

pthread_mutex_t _mutex;

bool _processshared;

};

說明幾點:

(1)_processshared引數為是否支援跨程序的互斥量,預設為單程序的false;互斥量的屬性為pthread_mutex_normal,即不允許遞迴加鎖;

(2)pthread_mutex_t* getmutexptr()是為了條件變數而實現的,下文介紹;

(3)利用c++中建構函式和析構函式來初始化和銷毀乙個互斥量;

互斥量的使用

class mutexlockguard final  

~mutexlockguard()

private:

mutex& _mutex;

};

說明:mutexlockguard中持有該_mutex;利用c++中建構函式和析構函式來申請和釋放乙個互斥量;

(1)當在臨界區中,需要等待某個條件成立時,我們應該使用條件變數,在如下**片段1中,如果_count 大於0時,我們需要等待該條件,即需要_cond.wait();該_cond.wait()過程是將會把呼叫執行緒放到等待條件的執行緒列表上,然後對該互斥量解鎖;此時在互斥量解鎖期間,又有新的執行緒進入該臨界區,條件尚未發生,_cond.wait()會繼續這一過程;

(2)在**片段2中,首先會進行條件檢查(已經被同乙個互斥量鎖主,睡眠的執行緒不可能錯過),如果_count==0  _cond.wakeall()將會喚醒執行緒,記住需要在條件變化後再喚醒執行緒;

(3)首先_cond.wait()需要在_mutex已經上鎖的情況下才能呼叫,因為_cond.wait()涉及到解鎖的過程;

(4)需要使用while (_count > 0),而不是 if (_count > 0),原因為當執行緒從_cond.wait()喚醒時,此時互斥量會繼續被鎖住(此時多個執行緒對互斥量爭用的問題),很有可能此時的條件會被其他執行緒修改,造成_count > 0的條件不成立,因此需要繼續判斷的;

(5)多次執行_cond.wakeall()傳送訊號時,如果沒有任何執行緒阻塞在該等待條件列表上,那麼這個訊號會丟失,但是不影響程式;

**片段1:

mutexlockguard lock(_mutex);  

while (_count > 0) //impotant

**片段2:

if (_count == 0)

條件變數的實現:

class condition final  

~condition()

int wait()

int waitforseconds(size_t seconds)

int wake()

int wakeall()

private:

mutex& _mutex;

pthread_cond_t _cond;

};

說明幾點:

(1)wake為喚醒至少乙個執行緒;而wakeall為喚醒所有的執行緒;waitforseconds(size_t seconds)為等待seconds秒後,條件還未出現,那麼執行緒將會重新獲得互斥量(此時多個執行緒對互斥量爭用的問題);

(2)wait()的實現需要使用_mutex.getmutexptr()中pthread_mutex_t型別的_mutex;

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