一、前言
前面我们学习了死锁的相关知识，今天我们来学习读写锁的相关知识。
二、读写锁
读写锁是 Linux 系统中一种支持并发读、独占写 的同步机制，核心设计目标是提高读多写少场景下的并发性能，解决互斥锁（mutex）在多读场景下的性能瓶颈。
2.1、读写锁的核心思想
读写锁遵循 "读者共享，写者独占" 的原则，将访问者分为两类角色：读者（Reader） ：仅读取共享资源，不修改。多个读者可以同时持有锁，互不阻塞；写者（Writer）：修改共享资源。写者必须独占锁，同一时间只能有一个写者，且写者与读者互斥。
这种设计的优势在于：当共享资源以读操作为主时，读写锁的并发效率远高于互斥锁（互斥锁会强制所有读者串行执行）。
2.2、读写锁的特性
1、互斥原则
读者与读者：不互斥，允许多个读者同时加锁。
读者与写者：互斥，读者持有锁时写者阻塞，反之亦然。
写者与写者：互斥，多个写者串行执行。
2、锁的状态
读写锁内部维护两个核心状态：
读者计数：记录当前持有锁的读者数量；写者标记：标记是否有写者持有锁或等待锁。
3、工作模式
公平模式：遵循 FIFO 原则，等待队列中的读者和写者按顺序获取锁，避免写者饥饿。
非公平模式（默认）：一般来说，Linux中的pthread_rwlock更偏向于写者优先，具体表现是，一旦有 写线程在等待 ，新来的读线程 通常会被阻塞，等写线程完成后再放行读线程。
2.3、读写锁场景练习
1、线程A加写锁成功，线程B请求读锁：线程B阻塞；
2、线程A持有读锁，线程B请求写锁：线程B阻塞；
3、线程A拥有读锁，线程B请求读锁：线程B加锁；
4、线程A持有读锁，然后线程B请求写锁，然后线程C请求读锁：线程B阻塞，线程C阻塞 ；线程B加锁，线程C阻塞， 线程C加锁；
5、线程A持有写锁，然后线程B请求读锁，然后线程C请求写锁：线程B阻塞，线程C阻塞；线程C加锁， 线程B阻塞，线程B加锁；
2.4、读写锁相关函数
1、初始化读写锁
函数原型如下：
cs
int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock,
const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);功能：初始化一个读写锁对象，分配必要的资源。
参数： rwlock：指向待初始化的读写锁变量；
attr：读写锁属性，NULL表示使用默认属性（非公平模式）；
返回值：成功：0；失败：非 0 错误码。
注：未初始化的读写锁不能直接使用；初始化后的锁必须通过pthread_rwlock_destroy销毁。
2、销毁读写锁
函数原型如下：
cs
int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);功能：销毁读写锁，释放其占用的资源。
参数：rwlock：指向已初始化的读写锁。
返回值：成功：0；失败：非0错误码；
注：销毁前必须确保锁未被任何线程持有，否则行为未定义。
3、读者阻塞加锁
函数原型如下：
cs
int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);功能：读者申请读锁，若锁被写者持有则阻塞，直到获取锁。
返回值：成功 0；失败非 0 错误码。
注：多个读者可同时持有读锁，与写者互斥。
4、写者阻塞加锁
函数原型如下：
cs
int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);功能：写者申请写锁，若锁被读者 / 其他写者持有则阻塞，直到独占锁。
返回值：成功 0；失败非 0 错误码。
注：写锁为独占锁，同一时间仅一个写者持有。
5、读者尝试加锁（非阻塞）
函数原型如下：
cs
int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
cs
int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);功能：读者尝试获取读锁，若锁被占用（写者持有 / 写者等待），立即返回失败，不阻塞；
**返回值：**成功：0，失败：EBUSY（锁被占用），EINVAL（参数无效）；
6、写者尝试加锁（非阻塞）
函数原型如下：
cs
int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);功能：写者尝试获取写锁，若锁被读者 / 其他写者占用，立即返回失败。
返回值：成功：0，失败：EBUSY（锁被占用），EINVAL（参数无效）；
7、 解锁（统一接口）
函数原型如下：
cs
int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);功能：释放读锁或写锁（无需区分读写，锁内部自动识别）。
返回值：成功 0；失败：EINVAL（锁无效）、EPERM（当前线程未持有锁）。
**注：**读者加锁后必须由同一线程解锁，写者同理。读锁解锁时，若读者计数归 0，才会唤醒等待的写者；写锁解锁时，会唤醒所有等待的读者 / 写者（按优先级）。
2.5、典型示例
我们来完成下面一个小练习：三个线程不定时写同一个全局变量，五个线程不定时期读同一全局资源。
首先创建一个文件pthread_rwlock.c文件，输入以下代码：
cs
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
//不加锁
int number = 10000;
void *write_myfun(void *arg)
{
while(1)
{
number++;
printf("write: %ld %d\n",pthread_self(),number);
usleep(500);
}
}
void *read_myfun(void *arg)
{ while(1)
{
printf("read: %ld %d\n",pthread_self(),number);
usleep(500);
}
}
int main()
{
pthread_t p[8];
for(int i=0;i<3;++i)
{
pthread_create(&p[i],NULL,write_myfun,NULL);
}
for(int i=3;i<8;++i)
{
pthread_create(&p[i],NULL,read_myfun,NULL);
}
for(int i=0;i<8;++i)
{
pthread_join(p[i],NULL);
}
return 0;
}编译并运行，结果如下：
截取其中的一段来看，可以看到第二个的write比第一个还小，说明两个写操作可能同时在执行，数据可能被交叉覆盖；第二个read的标识是17107，远早于之前 write的17109------ 说明读操作没有被写操作正确阻塞，在写操作完成前就读取了旧的缓存数据，或者读锁加锁时机错误。
上面是不加锁的情况，下面我们来加上读写锁：
cs
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
//加读写锁
int number = 10000;
pthread_rwlock_t lock;
void *write_myfun(void *arg)
{
while(1)
{
pthread_rwlock_wrlock(&lock);
number++;
printf("write: %ld %d\n",pthread_self(),number);
pthread_rwlock_unlock(&lock);
usleep(500);
}
}
void *read_myfun(void *arg)
{ while(1)
{
pthread_rwlock_rdlock(&lock);
printf("read: %ld %d\n",pthread_self(),number);
pthread_rwlock_unlock(&lock);
usleep(500);
}
}
int main()
{
pthread_rwlock_init(&lock,NULL);
pthread_t p[8];
for(int i=0;i<3;++i)
{
pthread_create(&p[i],NULL,write_myfun,NULL);
}
for(int i=3;i<8;++i)
{
pthread_create(&p[i],NULL,read_myfun,NULL);
}
for(int i=0;i<8;++i)
{
pthread_join(p[i],NULL);
}
pthread_rwlock_destroy(&lock);
return 0;
}编译并运行，结果如下：
可以看到加了读写锁的程序运行地很好，没有交叉覆盖的情况。
2.6、读写锁和互斥锁的区别
区别如下：
| 特性 | 读写锁（rwlock） | 互斥锁（mutex） |
|---|---|---|
| 访问模式 | 读者共享、写者独占 | 所有线程独占 |
| 并发性能 | 读多写少场景下性能高 | 无论读写，性能固定（串行） |
| 适用场景 | 共享资源以读操作为主 | 共享资源读写频率相当，或写操作频繁 |
| 锁状态 | 读者计数 + 写者标记 | 加锁 / 未加锁 二值状态 |
| 饥饿问题 | 非公平模式下写者可能饥饿 | 无饥饿问题（公平模式） |
| 接口复杂度 | 较高（区分读写操作） | 简单（统一加解锁） |