unix網路程式設計 鎖（一）

閱讀了unix網路程式設計的卷二之後，看著裡面的例項並且理解其原理演算法，就將裡面的c語言的鎖api進行c++封裝以供以後使用。實現的鎖介面以及一些演算法會封裝到我的timepass庫中。我覺得應該就鎖的問題寫乙個系列的部落格。鎖按照其作用域可以分為執行緒鎖和程序鎖; 按照其工作方式：又可以分為互斥鎖，讀寫鎖，檔案鎖。讀寫鎖也是互斥，只是相對於讀寫鎖來說更加精細，其分為讀和寫，讀與讀不會互斥，讀和寫會互斥，寫與寫也會互斥。檔案鎖有相對於讀寫鎖來說更加精細了，對整個檔案，可以分割槽段進行加鎖。

(1) int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutex_attr *mutexattr);

初始化mutex; pthreadmutexattrt裡面的shared欄位設定成pthread_process_share，可以通過在共享記憶體裡面建立鎖，實現程序間的互斥鎖。

(2) int pthread_mutex_destroy(pthread_mutext *mutex);

銷毀鎖資源

(3) int pthread_mutex_lock(pthread_mutext *mutex);

獲取鎖的資源，如果已經有程序或者執行緒獲取到了就阻塞掉

(4) int pthread_mutex_unlock(pthread_mutext *mutex);

釋放所資源，在阻塞的程序中或者執行緒中，按照阻塞的佇列順序獲取鎖資源

(5) int pthread_mutex_trylock(pthread_mutext *mutex);

嘗試獲取所資源，如果恰巧所資源被占用，就會返回ebusy的錯誤碼; 其不會像pthread_mutex_lock阻塞掉。這個函式可以用來檢視鎖的占用狀況。

以上如果僅僅是實現互斥鎖的封裝已經夠用了，互斥鎖的類名為mutex，其資料成員如下:

class

mutex 

初始化條件資源

(8) int pthread_cond_destroy(pthreadcondt *cond);

銷毀條件資源

(9) int pthread_cond_wait(pthreadcondt *cond, pthreadmutext *mutex);

將mutex與cond進行繫結，當執行wait的時候，首先對mutex進行解鎖，然後再進入阻塞佇列，直到pthreadcondsignal通知，才喚醒; 緊接著占用鎖資源，才向下執行。

(10)int pthreadcondsignal(pthreadcondt *cond);

通過條件資源喚醒互斥鎖

以上通過這些函式可以實現條件鎖：

class condmutex:public

mutex

為什麼不是多個生產者和多個消費者，這樣子速度不是更快麼？

為了維持佇列的順序，生產者和生產者是互斥的，消費者與消費者是互斥的，唯有生產者和消費不互斥。多個生產者確實有它的優勢，當只有乙個生產者的時候，生產線上有了乙個產品之後，生產線停止，讓消費者去消費，這樣子就完全沒有達到消費者和生產者的併發，只是序列的。當生產線上的物品都消耗完了，乙個消費者會解鎖，並且進入等待佇列，這時候可能是另乙個在等待佇列中的消費者獲取到鎖資源，造成這個消費者飢餓消費；其次當生產者生產了物品，去通知消費者消費，要乙個乙個的去通知，即使採用群體喚醒，消費者們是互斥的；況且當消費過程是乙個簡短的過程，乙個執行緒進行消費和多執行緒加鎖進行消費比起來並不會慢，反而加鎖和解鎖會造成效能消耗的。注意只有當消費過程是乙個比較耗時的過程，才會考慮有沒有加鎖的必要。

為什麼多個生產者分別生產一次物品，就會停下來？

畢竟生產者消費者問題並不會像富士康生產線那樣，流水線上兩端的工人步調一致，生產線兩頭的工人不需要互相通知。乙個生產者生產玩一次物品之後，會有乙個通知的過程，為了防止多個執行緒同時通知，造成紊亂，就對通知過程也加鎖了，而這個鎖就是消費用的鎖。當通知過去的時候，消費者會消費完當前物品，直到釋放鎖（消費者消費的過程中一直加鎖解鎖，可以在解鎖的時候，sleep一下，同時也在生產者的過程中sleep一下，可以防止過度的消費或者過度的生產，盡量讓消費者和生產者步調一致，不過sleep的時間不容易把握）。

1

//生產者執行緒函式
2void* produce (void*arg) 9//
往生產線上放資料
10begin_produce();
11produce_unlock();
1213
//這裡的鎖執行速度很快
14consume_lock();
15if
(滿足通知條件) 
2021   }

這是生產線程，在producelock裡面，我們還需要判斷生產是否結束，是為了防止這樣的情況發生，當多個生產者執行緒被阻塞了，有乙個執行緒完成了所有的生產任務，如果不判斷，其他的生產線程繼續往下執行，直到這個此次迴圈結束為止，會超出生產的量。

1

//消費者執行緒函式
2void* consume(void*arg) 
9begin_consume()
10consume_unlock()11}
12   }

等待生產者通知之所以放到while裡面，是為了防止consume_wait呼叫失敗，造成飢餓消費.

以上是用互斥鎖實現生產者和消費者的思路。在這裡為了方便使用，我實現了乙個四個類，類圖如下：

以上這個uml圖，是用linux下面的dia畫，其完全可以替代visio，而且支援將uml轉化為各種檔案，比如png。

這個生產者和消費者的框架使用起來很簡單，只需要實現乙個類來繼承produceconsume,實現其中的純虛函式。然後啟用執行緒，呼叫threadfuncloader裡面的produce和consume就ok了，使用者不用糾結鎖的問題。

在這裡使用者所要實現的函式有:

produce對應上面的begin_produce

consume對應上面的begin_consume

producecomplete對應上面的「生產結束」

consumecomplete對應上面你的「生產線上沒有了資料"

condition 對應上面的「通知條件」「等待條件」

UNIX網路程式設計 鎖（二）

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