區(qū)別:1、互斥量用于線程的互斥,信號(hào)量用于線程的同步;2、互斥量值只能為0或1,信號(hào)量值可以為非負(fù)整數(shù);3、互斥量的加鎖和解鎖必須由同一線程分別對(duì)應(yīng)使用,信號(hào)量可以由一個(gè)線程釋放,另一個(gè)線程得到。
本教程操作環(huán)境:windows7系統(tǒng)、Dell G3電腦。
互斥量和信號(hào)量的區(qū)別
1. 互斥量用于線程的互斥,信號(hào)量用于線程的同步。
這是互斥量和信號(hào)量的根本區(qū)別,也就是互斥和同步之間的區(qū)別。
互斥:是指某一資源同時(shí)只允許一個(gè)訪問(wèn)者對(duì)其進(jìn)行訪問(wèn),具有唯一性和排它性。但互斥無(wú)法限制訪問(wèn)者對(duì)資源的訪問(wèn)順序,即訪問(wèn)是無(wú)序的。
同步:是指在互斥的基礎(chǔ)上(大多數(shù)情況),通過(guò)其它機(jī)制實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)者對(duì)資源的有序訪問(wèn)。在大多數(shù)情況下,同步已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了互斥,特別是所有寫(xiě)入資源的情況必定是互斥的。少數(shù)情況是指可以允許多個(gè)訪問(wèn)者同時(shí)訪問(wèn)資源
2. 互斥量值只能為0/1,信號(hào)量值可以為非負(fù)整數(shù)。
也就是說(shuō),一個(gè)互斥量只能用于一個(gè)資源的互斥訪問(wèn),它不能實(shí)現(xiàn)多個(gè)資源的多線程互斥問(wèn)題。信號(hào)量可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)同類(lèi)資源的多線程互斥和同步。當(dāng)信號(hào)量為單值信號(hào)量是,也可以完成一個(gè)資源的互斥訪問(wèn)。
3. 互斥量的加鎖和解鎖必須由同一線程分別對(duì)應(yīng)使用,信號(hào)量可以由一個(gè)線程釋放,另一個(gè)線程得到。
互斥量(Mutex)
互斥量表現(xiàn)互斥現(xiàn)象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),也被當(dāng)作二元信號(hào)燈。一個(gè)互斥基本上是一個(gè)多任務(wù)敏感的二元信號(hào),它能用作同步多任務(wù)的行為,它常用作保護(hù)從中斷來(lái)的臨界段代碼并且在共享同步使用的資源。
Mutex本質(zhì)上說(shuō)就是一把鎖,提供對(duì)資源的獨(dú)占訪問(wèn),所以Mutex主要的作用是用于互斥。Mutex對(duì)象的值,只有0和1兩個(gè)值。這兩個(gè)值也分別代表了Mutex的兩種狀態(tài)。值為0, 表示鎖定狀態(tài),當(dāng)前對(duì)象被鎖定,用戶進(jìn)程/線程如果試圖Lock臨界資源,則進(jìn)入排隊(duì)等待;值為1,表示空閑狀態(tài),當(dāng)前對(duì)象為空閑,用戶進(jìn)程/線程可以Lock臨界資源,之后Mutex值減1變?yōu)?。
Mutex可以被抽象為四個(gè)操作:
– 創(chuàng)建 Create
– 加鎖 Lock
– 解鎖 Unlock
– 銷(xiāo)毀 Destroy
Mutex被創(chuàng)建時(shí)可以有初始值,表示Mutex被創(chuàng)建后,是鎖定狀態(tài)還是空閑狀態(tài)。在同一個(gè)線程中,為了防止死鎖,系統(tǒng)不允許連續(xù)兩次對(duì)Mutex加鎖(系統(tǒng)一般會(huì)在第二次調(diào)用立刻返回)。也就是說(shuō),加鎖和解鎖這兩個(gè)對(duì)應(yīng)的操作,需要在同一個(gè)線程中完成。
不同操作系統(tǒng)中提供的Mutex函數(shù):
動(dòng)作/系統(tǒng) |
Win32 |
Linyx |
Solaris |
創(chuàng)建 |
CreateMutex |
pthread_mutex_init |
mutex_init |
加鎖 |
WaitForSingleObject |
pthread_mutex_lock |
mutex_lock |
解鎖 |
ReleaseMutex |
pthread_mutex_unlock |
mutex_unlock |
銷(xiāo)毀 |
CloseHandle |
pthread_mutex_destroy |
mutex_destroy |
死鎖主要發(fā)生在有多個(gè)依賴鎖存在時(shí), 會(huì)在一個(gè)線程試圖以與另一個(gè)線程相反順序鎖住互斥量時(shí)發(fā)生. 如何避免死鎖是使用互斥量應(yīng)該格外注意的東西。
總體來(lái)講, 有幾個(gè)不成文的基本原則:
對(duì)共享資源操作前一定要獲得鎖。
完成操作以后一定要釋放鎖。
盡量短時(shí)間地占用鎖。
如果有多鎖, 如獲得順序是ABC連環(huán)扣, 釋放順序也應(yīng)該是ABC。
線程錯(cuò)誤返回時(shí)應(yīng)該釋放它所獲得的鎖。
也許還有讀者好奇,“掛起等待”和“喚醒等待線程”的操作如何實(shí)現(xiàn)?每個(gè)Mutex有一個(gè)等待隊(duì)列,一個(gè)線程要在Mutex上掛起等待,首先在把自己加入等待隊(duì)列中,然后置線程狀態(tài)為睡眠,然后調(diào)用調(diào)度器函數(shù)切換到別的線程。一個(gè)線程要喚醒等待隊(duì)列中的其它線程,只需從等待隊(duì)列中取出一項(xiàng),把它的狀態(tài)從睡眠改為就緒,加入就緒隊(duì)列,那么下次調(diào)度器函數(shù)執(zhí)行時(shí)就有可能切換到被喚醒的線程。
一般情況下,如果同一個(gè)線程先后兩次調(diào)用lock,在第二次調(diào)用時(shí),由于鎖已經(jīng)被占用,該線程會(huì)掛起等待別的線程釋放鎖,然而鎖正是被自己占用著的,該線程又被掛起而沒(méi)有機(jī)會(huì)釋放鎖,因此就永遠(yuǎn)處于掛起等待狀態(tài)了,這叫做死鎖(Deadlock)。另一種典型的死鎖情形是這樣:線程A獲得了鎖1,線程B獲得了鎖2,這時(shí)線程A調(diào)用lock試圖獲得鎖2,結(jié)果是需要掛起等待線程B釋放鎖2,而這時(shí)線程B也調(diào)用lock試圖獲得鎖1,結(jié)果是需要掛起等待線程A釋放鎖1,于是線程A和B都永遠(yuǎn)處于掛起狀態(tài)了。不難想象,如果涉及到