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。与互斥锁类似,但读写锁允许更高的并行性,其特性为:写独占,读共享
读写锁的状态
强调,读写锁只有一把,只是该锁具有两种状态
- 读模式下加锁状态(读锁)
- 写模式下加锁状态(写锁)
读写锁的特点
- 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
- 如果有其它线程写数据,则其它线程都不允许读、写操作
- 如果线程以读模式加锁,既有尝试以写模式加锁的线程,又有尝试以读模式加锁的线程,那么读写锁会阻塞读模时锁的请求,优先满足写模式锁,读锁、写锁并行时,写锁优先级高
读写锁的规则
- 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
- 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
相关操作
POSIX 定义的读写锁的数据类型是: pthread_rwlock_t
头文件: #include <pthread.h>
返回值:
- 成功:返回 0
- 失败:返回 errno
初始化读写锁
函数原型: int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *rwlock, const pthread_rwlockattr_t *attr);
作用: 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。
申请读锁
函数原型: int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock );
作用: 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
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。
申请写锁
函数原型: int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock );
作用: 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
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
解锁
函数原型: int pthread_rwlock_unlock (pthread_rwlock_t *rwlock);
作用: 无论是读锁或写锁,都可以通过此函数解锁,因为锁只有一把
参数:
- rwlock:读写锁指针
销毁读写锁
函数原型: int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);
作用: 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
一个小 demo,三个线程不定时写同一全局资源,5个进程不定时读
#include<stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
pthread_rwlock_t rwlock; //创建读写锁
int var = 0;
void *tun_write(void *arg){
int t;
int i = (int)(long)arg;
while(1){
pthread_rwlock_wrlock(&rwlock); //对写程序加写锁
t = var;
usleep(1000);
printf("=================write %d:%lu: var = %d var++ = %d\n",i ,pthread_self(), t, ++var);
pthread_rwlock_unlock(&rwlock); //释放锁
usleep(10000);
}
return NULL;
}
void *tun_read(void *arg){
int i = (int)(long)arg, t;
while(1){
pthread_rwlock_rdlock(&rwlock); //加读锁
printf("=================read %d:%lu: var = %d\n",i ,pthread_self(),var);
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
usleep(2000);
}
}
int main(){
pthread_t tid[8];
int i = 0;
pthread_rwlock_init(&rwlock, NULL); //初始化
for(i = 0;i < 3;i++){
pthread_create(&tid[i], NULL, tun_write, (void *)(long)i+1); //创建子线程
}
for(i = 3;i < 8;i++)
pthread_create(&tid[i], NULL, tun_read, (void *)(long)i+1);
for(i = 0;i < 8;i++)
pthread_join(tid[i], NULL);
return 0;
}