📝前言:
这篇文章我们来讲讲Linux------自旋锁和读写锁
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这里写目录标题
- 一、自旋锁
-
- [1. 基本介绍](#1. 基本介绍)
- [2. 原理](#2. 原理)
- [3. 接口](#3. 接口)
- 二、读写锁
-
- [1. 基本介绍](#1. 基本介绍)
- [2. 实现](#2. 实现)
- [3. 接口](#3. 接口)
一、自旋锁
1. 基本介绍
- 自旋锁是一种多线程同步机制,用于保护共享资源免受并发访问的影响。
- 在多个线程尝试获取锁时,它们会持续自旋(即在一个循环中不断检查锁是否可用)而不是立即进入休眠状态等待锁的释放。【这是自旋锁和互斥锁的重要区别】
- 这种机制减少了线程切换的开销 ,适用于短时间内锁的竞争情况
- 当获取锁的线程访问临界区的时间很短的时候,就不需要把申请不到锁的线程阻塞挂起,因为这样的线程切换开销大(比一直等的开销大)
- 而是可以,让线程自旋,一直尝试申请锁

2. 原理
自旋锁通常使用一个共享的标志位bool
来表示锁的状态。
- 当标志位为true 时,表示锁已被某个线程占用;(当一个线程尝试获取自旋锁时,但是标记位为
true
,它会不断检查标志位) - 当标志位为
false
时,表示锁可用。它会获得这个锁,并把锁的标记位设置为true
3. 接口
pthread
库也提供了自旋锁的接口
类型
cpp
pthread_spinlock_t
初始化
cpp
int pthread_spin_init(pthread_spinlock_t *lock, int pshared);
lock
:指向自旋锁变量的指针。pshared
:PTHREAD_PROCESS_PRIVATE
(默认):仅在同一进程的线程间共享。PTHREAD_PROCESS_SHARED
:可在不同进程间共享(需要共享内存支持)。
- 返回值:成功返回
0
,失败返回错误码
销毁:
cpp
int pthread_spin_destroy(pthread_spinlock_t *lock);
注意:必须在未被任何线程持有的时候销毁
忙等待加锁(就是一直轮询)
cpp
int pthread_spin_lock(pthread_spinlock_t *lock);
尝试加锁(非阻塞)
cpp
int pthread_spin_trylock(pthread_spinlock_t *lock);
可用于尝试特定的次数,不至于一直忙等待
解锁
cpp
int pthread_spin_unlock(pthread_spinlock_t *lock);
总的来讲,使用上和互斥锁没什么区别,知道获取锁的时候是一直轮询,忙等待就行了。
二、读写锁
1. 基本介绍
读写锁,我们学习读者写者模型,通过对比生产消费模型。
读者写者模型的"321"原则:
- 三种关系:
- 写者与写者:互斥关系
- 写者与读者:互斥 + 同步
- 读者与读者:并发关系(也就是没有关系,可以同时读)
- 两种角色:读者和写者
- 一个交易场所:公共资源
和生产者消费者模型的主要区别是:读者和读者之间没有关系,因为读者写者模型中,读者并不会把资源拿走。
2. 实现
如何实现呢?
读者去读
- 用一个计数器记录读者的数量
- 第一个读者读的时候(读者数量从 0 → 1),把写者的锁(这个锁是维护公共资源的锁)拿走(让写者无法访问公共资源)
- 每一个读者进入都要对读者数量进行
++
操作(注意这个计数器也是公共资源,要有另一把锁来维护这个计数器) - 然后读者可以读
写者去写
- 只有能拿到锁的时候才能去写(也就是读者数量为
0
,把锁给释放了的时候)
饥饿特性
- 读者写者模型有一个饥饿特性!在C++库中默认是读者优先,写者饥饿的(因为写独占,读共享,读锁优先级高)
- 读者优先 :当有读者正在读取时,新到达的读者会立即被允许进入读取区 ,而写者则会被阻塞,直到所有读者都离开读取区(读锁内部有读者计数 )。
- 当然也不是完全没机会:在读者都在处理数据的时候,写者就有机会进入写

- 写者优先:当写者请求写入权限时,系统会尽快地让写者进入写入区,即使此时有读者正在读取。这通常意味着一旦有写者到达,所有后续的读者都会被阻塞,直到写者完成写入并离开写入区
3. 接口
初始化
cpp
int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *rwlock, const pthread_rwlockattr_t *attr);
- 默认是读者优先的(要设置写者优先也可以,但是比较复杂)
rwlock
:指向读写锁变量的指针。attr
:读写锁属性,通常设为NULL
(使用默认属性)。- 返回值:成功返回
0
,失败返回错误码
销毁
cpp
int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);
加锁(读锁)
多个线程可以同时持有读锁,适用于只读操作
阻塞版本
cpp
int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
- 如果当前没有写锁,则获取读锁(允许其他读锁继续获取)。
- 如果有写锁,则阻塞直到写锁释放。
非阻塞
cpp
int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
- 果锁不可用,立即返回
EBUSY
,而不是阻塞。
加锁(写锁)
写锁是独占的,同一时间只能有一个线程持有写锁
阻塞版本
cpp
int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
- 如果当前没有读锁或写锁,则获取写锁。
- 否则阻塞,直到所有读锁和写锁释放。
非阻塞版本
cpp
int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
- 如果锁不可用,立即返回
EBUSY
。
解锁
cpp
int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
- 释放读锁或者写锁
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