一、概念

一把讀寫鎖具備三種狀態：

• 讀模式下加鎖狀態(讀鎖）
• 寫模式下加鎖轉態(寫鎖)
• 不加鎖狀態

2. 讀寫鎖特性：

• 讀寫鎖是寫模式加鎖時，解鎖前，所有對該鎖加鎖的線程都會阻塞。
• 讀寫鎖是讀模式加鎖時，如果線程以讀模式加鎖會成功，如果線程以寫模式加鎖會阻塞
• 讀寫鎖是讀模式加鎖時，既有試圖以寫模式加鎖的線程，也有試圖以讀模式加鎖的線程，那么讀模式會讀阻塞隨后的讀模式鎖請求，優先滿足寫模式鎖，讀鎖、寫鎖并行阻塞，寫鎖優先級高。

讀寫鎖也叫共享_獨占鎖，當讀寫鎖以讀模式鎖住時，它以共享模式鎖住；當它以寫模式鎖住時，它是獨占鎖住的，寫獨占，讀共享。

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3. 讀寫鎖的特性:

線程A加讀鎖成功, 又來了三個線程, 做讀操作, 可以加鎖成功

• 讀共享 - 并行處理

線程A加寫鎖成功, 又來了三個線程, 做讀操作, 三個線程阻塞

• 寫獨占

線程A加讀鎖成功, 又來了B線程加寫鎖阻塞, 又來了C線程加讀鎖阻塞

• 讀寫不能同時
• 寫的優先級高

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4. 讀寫鎖場景:

線程A加寫鎖成功, 線程B請求讀鎖

• 線程B阻塞

線程A持有讀鎖, 線程B請求寫鎖

• 線程B阻塞

線程A擁有讀鎖, 線程B請求讀鎖

• 線程B加鎖成功

線程A持有讀鎖, 然后線程B請求寫鎖, 然后線程C請求讀鎖

• B阻塞，c阻塞 - 寫的優先級高
• A解鎖，B線程加寫鎖成功，C繼續阻塞
• B解鎖，C加讀鎖成功

線程A持有寫鎖, 然后線程B請求讀鎖, 然后線程C請求寫鎖

• BC阻塞
• A解鎖，C加寫鎖成功，B繼續阻塞
• C解鎖，B加讀鎖成功

二、主要函數

1. 函數原型：

#include <pthread.h>
pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);  初始化讀寫鎖
pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);	 銷毀讀寫鎖

2. 函數原型：阻塞版本

#include <pthread.h>
int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);  讀鎖
int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);  寫鎖
int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);  解鎖

?

三、程序清單

1. 測試代碼：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>int counter;   //全局資源
pthread_rwlock_t rwlock;void *th_write(void *arg)
{int t;int i = (int)arg;while (1) {t = counter;usleep(1000);pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);printf("=======write %d: %lu: counter = %d ++counter = %d\n", i, pthread_self(), t, ++counter);pthread_rwlock_unlock(&rwlock);usleep(5000);}return NULL;
}void *th_read(void *arg)
{int t;int i = (int)arg;while (1) {pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);printf("---------------read %d: %lu: %d\n", i, pthread_self(), counter);pthread_rwlock_unlock(&rwlock);usleep(900);}return NULL;
}int main()
{int i;pthread_t tid[8];pthread_rwlock_init(&rwlock, NULL);for (i = 0; i < 3; ++i)pthread_create(&tid[i], NULL, th_write, (void*)i);for (i = 0; i < 5; ++i)pthread_create(&tid[i + 3], NULL, th_read, (void*)i);for (i = 0; i < 8; ++i)pthread_join(tid[i], NULL);pthread_rwlock_destroy(&rwlock);return 0;
}

輸出結果：

?

互斥鎖實現讀寫鎖
?

#include<pthread.h>pthread_mutex_t rdLock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_t wrLock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
int readCnt = 0;//設置讀鎖調用次數的標志位//實現讀鎖（共享鎖）
void rdLock() 
{pthread_mutex_lock(&rdLock);readCnt++;if (readCnt == 1)//有人讀，于是阻塞寫鎖pthread_mutex_lock(&wrLock);pthread_mutex_unlock(&rdLock);
}void rdUnlock() 
{pthread_mutex_lock(&rdLock);readCnt--;if (readCnt == 0)//表示已沒有人在讀，釋放寫鎖，可以寫入了pthread_mutex_unlock(&wrLock);pthread_mutex_unlock(&rdLock);
}void wrLock() 
{pthread_mutex_lock(&wrLcok);
}void wrUnlock() 
{pthread_mutex_unlock(&wrLock);
}

一、實驗項目

【問題描述】程序 trainticket 中，有 100 個線程，其中 90 個線程是查余票數量的，只有 10 個線程搶票，每個線程一次買 10 張票。初始狀態下一共有 1000 張票。因此執行完畢后，還會剩下 900 張票。

程序 trainticket 在運行的時候需要傳入參數，即：

• 參數 0：表示不加任何鎖
• 參數 1：表示使用讀寫鎖
• 參數 2：表示使用互斥量

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>struct Ticket 
{int remain;              // 余票數，初始化為 1000pthread_rwlock_t rwlock; // 讀寫鎖pthread_mutex_t mlock;   // 互斥鎖，主要是為了和讀寫鎖進行對比
}ticket;// 通過命令行傳參數來取得這個值，用來控制到底使用哪一種鎖
// 0：不加鎖 1：加讀寫鎖 2：加互斥鎖
int lock = 0;void* query(void* arg)  //查票線程
{int name = (int)arg;sleep(rand() % 5 + 1);if (lock == 1)pthread_rwlock_rdlock(&ticket.rwlock); // 讀模式加鎖else if (lock == 2)pthread_mutex_lock(&ticket.mlock);int remain = ticket.remain;sleep(1);printf("%03d query: %d\n", name, remain);if (lock == 1)pthread_rwlock_unlock(&ticket.rwlock);else if (lock == 2)pthread_mutex_unlock(&ticket.mlock);return NULL;
}void* buy(void* arg)  // 搶票線程
{int name = (int)arg;if (lock == 1)pthread_rwlock_wrlock(&ticket.rwlock); // 寫模式加鎖else if (lock == 2)pthread_mutex_lock(&ticket.mlock);int remain = ticket.remain;remain -= 10; // 一次買 10 張票sleep(1);ticket.remain = remain;printf("%03d buy 10 tickets\n", name);if (lock == 1)pthread_rwlock_unlock(&ticket.rwlock);else if (lock == 2)pthread_mutex_unlock(&ticket.mlock);sleep(rand() % 5 + 2);return NULL;
}int main(int argc, char* argv[]) 
{lock = 0;if (argc >= 2) lock = atoi(argv[1]);int names[100];pthread_t tid[100];int i;for (i = 0; i < 100; ++i) names[i] = i;ticket.remain = 1000;printf("remain ticket = %d\n", ticket.remain);pthread_rwlock_init(&ticket.rwlock, NULL);pthread_mutex_init(&ticket.mlock, NULL);for (i = 0; i < 100; ++i) {if (i % 10 == 0)pthread_create(&tid[i], NULL, buy, (void*)names[i]);elsepthread_create(&tid[i], NULL, query, (void*)names[i]);}for (i = 0; i < 100; ++i) pthread_join(tid[i], NULL);pthread_rwlock_destroy(&ticket.rwlock);pthread_mutex_destroy(&ticket.mlock);printf("remain ticket = %d\n", ticket.remain);return 0;
}

?