Linux系統編程 —讀寫鎖rwlock

2020 年 9 月 26 日
筆記

讀寫鎖是另一種實現線程間同步的方式。與互斥量類似，但讀寫鎖將操作分為讀、寫兩種方式，可以多個線程同時佔用讀模式的讀寫鎖，這樣使得讀寫鎖具有更高的並行性。

讀寫鎖的特性為：寫獨佔，讀共享；寫鎖優先級高。對於讀寫鎖，掌握了這12個字就足矣了。

Linux環境下，讀寫鎖具有以下三種狀態：

讀模式下加鎖狀態 (讀鎖)
寫模式下加鎖狀態 (寫鎖)
不加鎖狀態

雖然讀寫鎖有讀鎖、寫鎖、不加鎖三種狀態，但其實它只有一把鎖，而非三把。

前文提到，讀寫鎖的特性為：寫獨佔，讀共享；寫鎖優先級高。具體來講：

讀寫鎖是「寫模式加鎖」時，解鎖前，所有嘗試對該鎖進行加鎖（不管是讀鎖還是寫鎖）的線程都會被阻塞；–> 寫獨佔
讀寫鎖是「讀模式加鎖」時，如果線程以讀模式對其加鎖會成功；如果線程以寫模式加鎖會阻塞。–> 讀共享
讀寫鎖是「讀模式加鎖」時，既有試圖以寫模式加鎖的線程，也有試圖以讀模式加鎖的線程。那麼讀寫鎖會阻塞隨後的讀模式鎖請求，優先滿足寫模式鎖。–> 寫鎖優先級高

讀寫鎖也叫共享-獨佔鎖。當讀寫鎖以讀模式鎖住時，它是以共享模式鎖住的；當它以寫模式鎖住時，它是以獨佔模式鎖住的。寫獨佔、讀共享。

讀寫鎖非常適合於對數據結構讀的次數遠大於寫的情況。因為讀鎖是共享的，這樣可以提高並行性。

主要應用函數：

pthread_rwlock_init函數
pthread_rwlock_destroy函數
pthread_rwlock_rdlock函數
pthread_rwlock_wrlock函數
pthread_rwlock_tryrdlock函數
pthread_rwlock_trywrlock函數
pthread_rwlock_unlock函數

以上7 個函數的返回值都是：成功返回0，失敗直接返回錯誤號。

pthread_rwlock_t類型：用於定義一個讀寫鎖變量，比如：pthread_rwlock_t rwlock;

pthread_rwlock_init函數

函數原型：

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

函數作用：

初始化一把讀寫鎖

參數說明：

rwlock：傳出參數，調用時應傳&rwlock給該函數；

attr：表示讀寫鎖屬性，通常傳NULL，表示使用默認屬性；

pthread_rwlock_destroy函數

函數原型：

int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);

函數作用：

銷毀一把讀寫鎖

pthread_rwlock_rdlock函數

函數原型：

int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

函數作用：

以讀方式請求讀寫鎖。（常簡稱為：請求讀鎖）

pthread_rwlock_wrlock函數

函數原型：

int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

函數作用：

以寫方式請求讀寫鎖。（常簡稱為：請求寫鎖）

pthread_rwlock_unlock函數

函數原型：

int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

函數作用：

解鎖。

pthread_rwlock_tryrdlock函數

函數原型：

int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

函數作用：

非阻塞以讀方式請求讀寫鎖（非阻塞請求讀鎖）

pthread_rwlock_trywrlock函數

函數原型：

int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

函數作用：

非阻塞以寫方式請求讀寫鎖（非阻塞請求寫鎖）

/* 3個線程不定時 "寫" 全局資源，5個線程不定時 "讀" 同一全局資源 */

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

int counter;                          //全局資源
pthread_rwlock_t rwlock;

void *th_write(void *arg)
{
    int t;
    int i = (int)arg;

    while (1) {
        t = counter;
        usleep(1000);

        pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
        printf("=======write %d: %lu: counter=%d ++counter=%d\n", i, pthread_self(), t, ++counter);
        pthread_rwlock_unlock(&rwlock);

        usleep(5000);
    }
    return NULL;
}

void *th_read(void *arg)
{
    int i = (int)arg;

    while (1) {
        pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
        printf("----------------------------read %d: %lu: %d\n", i, pthread_self(), counter);
        pthread_rwlock_unlock(&rwlock);

        usleep(900);
    }
    return NULL;
}

int main(void)
{
    int i;
    pthread_t tid[8];

    pthread_rwlock_init(&rwlock, NULL);

    for (i = 0; i < 3; i++)
        pthread_create(&tid[i], NULL, th_write, (void *)i);

    for (i = 0; i < 5; i++)
        pthread_create(&tid[i+3], NULL, th_read, (void *)i);

    for (i = 0; i < 8; i++)
        pthread_join(tid[i], NULL);

    pthread_rwlock_destroy(&rwlock);            //釋放讀寫瑣

    return 0;
}

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