我是多線程的新手，并試圖了解互斥鎖的工作原理。做了很多谷歌搜索，我發(fā)現(xiàn)了一個不錯的教程，但是它仍然對它的工作方式產(chǎn)生了一些疑問，因為我創(chuàng)建了自己的程序，其中鎖不起作用?；コ饬康囊环N絕對不直觀的語法pthread_mutex_lock( &mutex1 );是，當(dāng)我真正想要鎖定的是其他變量時，它看起來像互斥量被鎖定了。這種語法是否意味著鎖定互斥鎖會鎖定代碼區(qū)域，直到互斥鎖解鎖為止？那么線程如何知道該區(qū)域已鎖定？[ 更新：線程知道該區(qū)域已被 Memory Fencing 鎖定 ]。難道這種現(xiàn)象不應(yīng)該稱為臨界區(qū)嗎？[ 更新：關(guān)鍵部分對象僅在Windows中可用，其中這些對象比互斥對象快，并且僅對實現(xiàn)該對象的線程可見。否則，關(guān)鍵部分僅指由互斥體保護(hù)的代碼區(qū)域 ]簡而言之，能否請您提供最簡單的互斥體示例程序以及有關(guān)其工作原理的最簡單的解釋？我相信這將對其他許多新手有所幫助。
3 回答
隔江千里
TA貢獻(xiàn)1906條經(jīng)驗 獲得超10個贊
盡管互斥鎖可以用于解決其他問題，但它們存在的主要原因是提供相互排斥，從而解決了所謂的競爭條件。當(dāng)兩個（或多個）線程或進(jìn)程試圖同時訪問同一變量時，我們就有競爭條件的可能性?？紤]以下代碼
//somewhere long ago, we have i declared as int
void my_concurrently_called_function()
{
i++;
}
該函數(shù)的內(nèi)部看起來很簡單。這只是一個陳述。但是，典型的偽匯編語言等效項可能是：
load i from memory into a register
add 1 to i
store i back into memory
因為在i上執(zhí)行增量操作都需要使用等效的匯編語言指令，所以我們說對i進(jìn)行增量運算是一種非大氣操作。原子操作是可以在硬件上完成的操作，保證一旦指令執(zhí)行開始就不會被中斷。遞增i由3個原子指令鏈組成。在多個線程正在調(diào)用該函數(shù)的并發(fā)系統(tǒng)中，當(dāng)線程在錯誤的時間讀取或?qū)懭霑r會出現(xiàn)問題。假設(shè)我們有兩個同時運行的線程，一個線程緊接著另一個線程調(diào)用該函數(shù)。我們還假設(shè)我們已將i初始化為0。還假設(shè)我們有很多寄存器，并且兩個線程使用的寄存器完全不同，因此不會發(fā)生沖突。這些事件的實際時間可能是：
thread 1 load 0 into register from memory corresponding to i //register is currently 0
thread 1 add 1 to a register //register is now 1, but not memory is 0
thread 2 load 0 into register from memory corresponding to i
thread 2 add 1 to a register //register is now 1, but not memory is 0
thread 1 write register to memory //memory is now 1
thread 2 write register to memory //memory is now 1
發(fā)生的事情是我們有兩個線程同時遞增i，我們的函數(shù)被調(diào)用了兩次，但結(jié)果與該事實不一致?？雌饋碓摵瘮?shù)僅被調(diào)用一次。這是因為原子性在計算機級別“中斷”，這意味著線程可以互相中斷或在錯誤的時間一起工作。
我們需要一種機制來解決這個問題。我們需要對以上說明進(jìn)行一些排序。一種常見的機制是阻止除一個線程外的所有線程。Pthread互斥使用此機制。
任何必須執(zhí)行一些代碼行的線程（可能會同時不安全地修改其他線程的共享值（使用電話與妻子交談））必須首先獲得互斥鎖。這樣，任何需要訪問共享數(shù)據(jù)的線程都必須通過互斥鎖。只有這樣，線程才能執(zhí)行代碼。這部分代碼稱為關(guān)鍵部分。
一旦線程執(zhí)行了關(guān)鍵部分，就應(yīng)該釋放互斥鎖，以便另一個線程可以獲取互斥鎖。
當(dāng)考慮人類尋求對真實物理對象的專有訪問權(quán)時，具有互斥體的概念似乎有些奇怪，但是在編程時，我們必須是故意的。并發(fā)線程和流程沒有我們所進(jìn)行的社會和文化養(yǎng)育，因此我們必須強迫它們很好地共享數(shù)據(jù)。
因此，從技術(shù)上講，互斥鎖是如何工作的？難道它沒有像我們前面提到的那樣遭受同樣的比賽條件嗎？pthread_mutex_lock（）難道不是簡單地增加一個變量就復(fù)雜嗎？
從技術(shù)上講，我們需要一些硬件支持來幫助我們。硬件設(shè)計師為我們提供了機器指令，這些指令不僅可以完成一件事，而且必須保證是原子的。這種指令的經(jīng)典示例是測試設(shè)置（TAS）。嘗試獲取資源鎖時，我們可能會使用TAS來檢查內(nèi)存中的值是否為0。如果是，則表明我們正在使用該資源，并且我們什么也不做（或更準(zhǔn)確地說，是，我們會通過某種機制等待。pthreads互斥鎖會將我們放入操作系統(tǒng)的特殊隊列中，并在資源可用時通知我們。Dumber系統(tǒng)可能會要求我們執(zhí)行緊密的自旋循環(huán)，一遍又一遍地測試條件） 。如果內(nèi)存中的值不為0，則TAS無需使用任何其他指令即可將位置設(shè)置為0以外的值。它' 就像將兩個匯編指令合并為1來賦予我們原子性。因此，一旦開始測試和更改值（如果適當(dāng)?shù)脑挘┚筒荒苤袛?。我們可以在這樣的指令之上構(gòu)建互斥體。
注意：某些部分可能與以前的答案類似。我接受了他的編輯邀請，他更喜歡原來的方式，所以我保留了自己的作品，并注入了一點點措辭。
慕標(biāo)5832272
TA貢獻(xiàn)1966條經(jīng)驗 獲得超4個贊
我最近偶然發(fā)現(xiàn)了這篇文章，并認(rèn)為它需要標(biāo)準(zhǔn)庫的c ++ 11互斥量（即std :: mutex）的更新解決方案。
我在下面粘貼了一些代碼（我使用互斥鎖的第一步-我在W32上通過HANDLE，SetEvent，WaitForMultipleObjects等學(xué)習(xí)了并發(fā)性）。
因為這是我第一次嘗試std :: mutex和朋友，所以我很樂意看到評論，建議和改進(jìn)！
#include <condition_variable>
#include <mutex>
#include <algorithm>
#include <thread>
#include <queue>
#include <chrono>
#include <iostream>
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
// these vars are shared among the following threads
std::queue<unsigned int> nNumbers;
std::mutex mtxQueue;
std::condition_variable cvQueue;
bool m_bQueueLocked = false;
std::mutex mtxQuit;
std::condition_variable cvQuit;
bool m_bQuit = false;
std::thread thrQuit(
[&]()
{
using namespace std;
this_thread::sleep_for(chrono::seconds(5));
// set event by setting the bool variable to true
// then notifying via the condition variable
m_bQuit = true;
cvQuit.notify_all();
}
);
std::thread thrProducer(
[&]()
{
using namespace std;
int nNum = 13;
unique_lock<mutex> lock( mtxQuit );
while ( ! m_bQuit )
{
while( cvQuit.wait_for( lock, chrono::milliseconds(75) ) == cv_status::timeout )
{
nNum = nNum + 13 / 2;
unique_lock<mutex> qLock(mtxQueue);
cout << "Produced: " << nNum << "\n";
nNumbers.push( nNum );
}
}
}
);
std::thread thrConsumer(
[&]()
{
using namespace std;
unique_lock<mutex> lock(mtxQuit);
while( cvQuit.wait_for(lock, chrono::milliseconds(150)) == cv_status::timeout )
{
unique_lock<mutex> qLock(mtxQueue);
if( nNumbers.size() > 0 )
{
cout << "Consumed: " << nNumbers.front() << "\n";
nNumbers.pop();
}
}
}
);
thrQuit.join();
thrProducer.join();
thrConsumer.join();
return 0;
}
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