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Linux线程的互斥锁（mutex）是用于保护共享资源的同步机制，确保在多线程环境中，多个线程不会同时访问或修改同一个资源，从而避免数据竞争或不一致的问题

互斥锁是一种二进制锁，也就是说它只有两种状态：锁定（locked）和解锁（unlocked）。

当一个线程想要访问受保护的共享资源时，它首先必须尝试锁定互斥锁，如果锁已经被其他线程持有，则它必须等待，直到锁被释放。

当线程完成对资源的操作后，它需要解锁互斥锁，以便其他线程可以访问该资源。

互斥锁的工作原理：

• 锁定（lock）：线程调用pthread_mutex_lock()，如果互斥锁已经解锁，则该线程成功锁定，并进入临界区访问共享资源；如果锁已被其他线程占有，则当前线程将阻塞，直到锁被释放。

• 解锁（unlock）：线程完成对共享资源的操作后，调用pthread_mutex_unlock()，这会释放锁，其他被阻塞的线程将有机会锁定并访问该资源。

在Linux下，线程互斥锁主要通过POSIX线程库（pthread）来实现，通常的步骤包括：

• 初始化互斥锁：使用pthread_mutex_init()或直接用静态初始化PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER。

• 锁定互斥锁：在线程需要访问共享资源前，使用pthread_mutex_lock()锁定。

• 访问共享资源：执行需要对共享资源的操作。

• 解锁互斥锁：访问结束后，使用pthread_mutex_unlock()解锁。

• 销毁互斥锁：使用pthread_mutex_destroy()销毁互斥锁，通常在不再使用该互斥锁时进行。

互斥锁的初始化

互斥锁在使用之前必须先进行初始化操作。

可以通过两种方式来初始化互斥锁：静态初始化和动态初始化。

1.1、静态初始化

静态初始化使用 PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER 宏来初始化互斥锁，这是一种常见且简便的初始化方法。

无需显式调用初始化函数，适用于全局互斥锁。

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

在这种方式下，互斥锁被设置为默认属性。静态初始化不需要任何额外参数，并且返回值是隐式的，不会返回错误码。

1.2、动态初始化

动态初始化通过 pthread_mutex_init() 函数完成，适用于需要在运行时动态分配的互斥锁，或需要自定义互斥锁属性的情况。

pthread_mutex_t mutex;pthread_mutexattr_t attr;pthread_mutexattr_init(&attr);  // 初始化互斥锁属性
// 初始化互斥锁，第二个参数为属性，如果不需要自定义属性可以传入 NULLint ret = pthread_mutex_init(&mutex, &attr);if (ret != 0) {    // 处理初始化失败}pthread_mutexattr_destroy(&attr);  // 销毁属性

参数：

• mutex：指向 pthread_mutex_t 类型互斥锁的指针。

• attr：互斥锁的属性指针，可以设置互斥锁的行为。如果不需要自定义属性，传入 NULL 表示使用默认属性。

返回值：成功时返回 0，失败时返回非零错误码。常见错误码包括：

• EINVAL：attr 属性无效。

• EBUSY：互斥锁已经被初始化。

• ENOMEM：内存不足，无法分配资源。

互斥锁加锁与解锁

2.1、互斥锁加锁

pthread_mutex_lock() 用于对互斥锁加锁。

如果互斥锁已经被其他线程锁住，调用线程将进入阻塞状态，直到该互斥锁被解锁。

pthread_mutex_lock(&mutex);  // 加锁

参数：mutex 是指向要加锁的 pthread_mutex_t 互斥锁对象的指针。

返回值：成功时返回 0。如果出现错误，返回非零错误码：

• EINVAL：互斥锁无效。

• EDEADLK：线程试图递归加锁一个非递归互斥锁（导致死锁）。

2.2、互斥锁解锁

pthread_mutex_unlock() 用于解锁已经加锁的互斥锁。

如果其他线程正等待此互斥锁，它将被唤醒并获取锁。

pthread_mutex_unlock(&mutex);  // 解锁

参数：mutex 是指向要解锁的 pthread_mutex_t 互斥锁对象的指针。

返回值：成功时返回 0。可能的错误码：

• EINVAL：互斥锁无效。

• EPERM：当前线程没有持有该互斥锁。

非阻塞加锁

pthread_mutex_trylock() 是一种非阻塞加锁操作。

如果互斥锁已经被其他线程锁住，它不会阻塞，而是立即返回错误码 EBUSY。

int try_lock_example() {    int ret = pthread_mutex_trylock(&mutex);    if (ret == 0) {        // 锁定成功        printf("锁定成功！n");        pthread_mutex_unlock(&mutex);  // 解锁    } else if (ret == EBUSY) {        // 锁定失败，互斥锁已被其他线程持有        printf("锁定失败，互斥锁被占用。n");    } else {        // 其他错误        printf("尝试锁定时出现错误。n");    }    return 0;}

参数：mutex 是指向要加锁的 pthread_mutex_t 互斥锁对象的指针。

返回值：

• 0：成功加锁。

• EBUSY：互斥锁已经被其他线程持有，无法加锁。

• EINVAL：互斥锁无效。

销毁互斥锁

使用完互斥锁后，应该通过 pthread_mutex_destroy() 释放与之相关的资源。

销毁互斥锁之前，确保它已经被解锁。

pthread_mutex_destroy(&mutex);

参数：mutex 是指向要销毁的 pthread_mutex_t 互斥锁对象的指针。

返回值：

• 0：成功销毁。

• EINVAL：互斥锁无效或未被初始化。

• EBUSY：互斥锁仍被锁定，不能销毁。

销毁互斥锁后，它不能再被使用，除非重新初始化。

互斥锁死锁问题

如果一个线程在锁定互斥锁后由于某种原因没有解锁（如忘记调用pthread_mutex_unlock()或在临界区中发生异常终止），其他线程将永远无法获得该锁，导致系统卡住。

以下例子中，线程 A 锁定 mutex1，线程 B 锁定 mutex2，接着 A 和 B 分别尝试锁定对方已经持有的互斥锁，导致相互等待，程序进入死锁状态。

pthread_mutex_t mutex1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;pthread_mutex_t mutex2 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
void *threadA(void *arg) {    pthread_mutex_lock(&mutex1);    sleep(1);  // 模拟工作    pthread_mutex_lock(&mutex2);  // 这里会发生死锁    pthread_mutex_unlock(&mutex2);    pthread_mutex_unlock(&mutex1);    return NULL;}
void *threadB(void *arg) {    pthread_mutex_lock(&mutex2);    sleep(1);  // 模拟工作    pthread_mutex_lock(&mutex1);  // 这里会发生死锁    pthread_mutex_unlock(&mutex1);    pthread_mutex_unlock(&mutex2);    return NULL;}

预防死锁方法：

• 固定锁顺序：所有线程在请求多个锁时，必须按照相同的顺序来请求。

• 超时加锁：使用 pthread_mutex_trylock()，可以避免线程长时间等待锁。

互斥锁的属性

pthread_mutexattr_t 结构体用于控制互斥锁的行为。常用属性包括互斥锁的类型。

通过 pthread_mutexattr_settype() 设置互斥锁的类型。

常见类型包括：

• PTHREAD_MUTEX_NORMAL：普通互斥锁，不会检查错误，递归加锁会导致死锁。

• PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK：错误检查互斥锁，如果同一线程重复加锁，返回 EDEADLK 错误。

• PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE：递归锁，允许同一线程对互斥锁多次加锁，但需要相同次数的解锁。

• PTHREAD_MUTEX_DEFAULT：默认行为，通常与 PTHREAD_MUTEX_NORMAL 等价。

设置递归锁的示例：

pthread_mutex_t mutex;pthread_mutexattr_t attr;
pthread_mutexattr_init(&attr);  // 初始化属性pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);  // 设置递归锁类型pthread_mutex_init(&mutex, &attr);  // 初始化互斥锁
pthread_mutexattr_destroy(&attr);  // 销毁属性

返回值：

• 0：成功。

• EINVAL：互斥锁属性无效。

互斥锁的正确使用包括初始化、加锁、解锁和销毁。

通过静态或动态方法初始化互斥锁，根据需求选择合适的锁类型，可以有效避免线程竞争和死锁问题。