读写锁(Read-Write Lock)是一种优化型的同步机制 ,专门针对读多写少的场景设计,它允许多个读线程同时访问共享资源,但写线程会独占资源,从而在保证数据一致性的前提下提升并发效率。
一、核心特点
读写锁遵循"读共享、写独占"的规则:
- 读模式加锁:多个读线程可以同时持有读锁;
- 写模式加锁:写线程会阻塞所有读线程和其他写线程,独占资源;
- 读写冲突:写线程会等待所有读线程释放读锁,读线程会等待写线程释放写锁。
二、适用场景
适用于读操作远多于写操作的场景(如缓存、配置文件读取),相比普通互斥锁,能大幅提升读操作的并发性能。
三、POSIX读写锁(C语言)的核心函数
以 pthread_rwlock_t 为例:
| 函数 | 功能 |
|---|---|
| pthread_rwlock_init | 初始化读写锁,参数指定锁的属性(如进程间共享) |
| pthread_rwlock_rdlock | 以读模式 加锁: - 无写锁时,直接获取; - 有写锁时,阻塞等待写锁释放 |
| pthread_rwlock_wrlock | 以写模式 加锁: - 无读锁和写锁时,直接获取; - 有读锁/写锁时,阻塞等待所有锁释放 |
| pthread_rwlock_tryrdlock | 尝试以读模式加锁: - 成功获取返回0; - 失败直接返回错误(不阻塞) |
| pthread_rwlock_trywrlock | 尝试以写模式加锁: - 成功获取返回0; - 失败直接返回错误(不阻塞) |
| pthread_rwlock_unlock | 释放锁: - 读锁释放后,若有写线程等待,会唤醒写线程; - 写锁释放后,会唤醒所有等待的读/写线程 |
| pthread_rwlock_destroy | 销毁读写锁,释放资源 |
四、典型使用示例(读多写少场景)
c
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
pthread_rwlock_t rwlock; // 读写锁
int shared_data = 0; // 共享资源
// 读线程:同时多个线程可读取
void* reader(void* arg) {
while (1) {
pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
printf("读线程%d:shared_data = %d\n", *(int*)arg, shared_data);
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
sleep(1); // 模拟读操作耗时
}
return NULL;
}
// 写线程:独占资源
void* writer(void* arg) {
while (1) {
pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
shared_data++;
printf("写线程:shared_data 更新为 %d\n", shared_data);
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
sleep(3); // 模拟写操作耗时(写频率低于读)
}
return NULL;
}
int main() {
pthread_rwlock_init(&rwlock, NULL);
pthread_t r1, r2, w1;
int r1_id = 1, r2_id = 2;
pthread_create(&r1, NULL, reader, &r1_id);
pthread_create(&r2, NULL, reader, &r2_id);
pthread_create(&w1, NULL, writer, NULL);
pthread_join(r1, NULL);
pthread_join(r2, NULL);
pthread_join(w1, NULL);
pthread_rwlock_destroy(&rwlock);
return 0;
}
五、与普通互斥锁的对比
| 维度 | 普通互斥锁 | 读写锁 |
|---|---|---|
| 并发性能 | 所有线程串行访问,读多写少时效率低 | 读线程并行访问,读多写少时效率高 |
| 适用场景 | 读写频率均衡或写多 | 读多写少 |
| 锁冲突规则 | 所有线程互斥 | 读-读共享,读-写互斥,写-写互斥 |
六、注意事项
- 写饥饿问题:若读线程持续持有读锁,写线程可能长期等待("写饥饿")。部分实现会优先唤醒写线程,避免此问题;
- 锁升级/降级:多数读写锁不支持"读锁升级为写锁"(易死锁),但支持"写锁降级为读锁"。