引言
大家有任何疑问，可以在评论区留言或者私信我，我一定尽力解答。
今天我们学习Linux线程互斥的话题。Linux同步和互斥是Linux线程学习的延伸。但这部分挺有难度的，请大家做好准备。那我们就正式开始了。
?看现象，说原因我们先上一段代码：
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制<code class="javascript">#include<iostream>#include<pthread.h>#include<unistd.h>#include<vector>#include<cassert>using namespace std;int NUM=5;int ticket=1000;class pthread{public: char buffer[1024]; pthread_t id;};void *get_ticket(void *args){ pthread *pth=static_cast<pthread*>(args); while(1) { usleep(1234); if(ticket<0) { return nullptr; } cout<<pth->buffer<<" is ruuing ticket: "<<ticket<<endl; ticket--; }}int main(){ vector<pthread*> pthpool; for(int i=0;i<NUM;i++) { pthread* new_pth=new pthread(); snprintf(new_pth->buffer,sizeof (new_pth->buffer),"thread-%d",i+1); int n=pthread_create(&(new_pth->id),nullptr,get_ticket,new_pth); assert(n==0); (void)n; pthpool.push_back(new_pth); } for(int i=0;i<pthpool.size();i++) { int m= pthread_join(pthpool[i]->id,nullptr); assert(m==0); (void)m; } return 0;}</code>这段代码模拟的是抢票模型，一共有一千张票，我们让几个线程同时去抢票。看看有什么不符合实际的情况发生。
还真有不符合实际的情况发生：竟然抢到了负票。卧槽，这是什么情况，我们赶紧分析一下。
首先，在代码中我们定义了一个全局变量：ticket 。这个变量被所有线程所共享。
对于这种情形，我们直接拉向极端情况：假设此时的票数只有一张了。一个线程进入if内部，但是对票数还没有进行操作，这时，时间片到了，这个线程被切了下去。紧接着，一个线程就通过if判断，顺利抢到了最后一张票，对票数进行了操作。此时已经无票可抢了。这时，那个被切下来的线程又带着它的数据开始了抢票。但是在这个线程看来，票数依旧还有最后一张，所以，它又对票数进行了减减操作，得到了负票。
这种情况显然是不合理的，假如一个电影院有100个座位，结果卖出去102张票，这怎么可以呢？
这就是个坑啊，必须解决。
?解决方案在提出解决方案之前，我们先回顾几个概念。
多个执行流进行安全访问的共享资源，叫做临界资源我们把多个执行流中，访问临界资源的代码叫做临界区，临界区往往是线程代码很小的一部分。想让多个线程串行访问共享资源的方式叫做互斥。对一个资源进行访问的时候，要么不做，要么做完，这种特性叫做原子性。一个对资源进行的操作，如果只有一挑汇编语句完成，那么就是原子的，反之就不是原则的。这是当前我们对原子性的理解，后面还会发生改变。我们提出的解决方案就是加锁。相信大家第一次听到锁。对于什么是锁，如何加锁，锁的原理是什么我们都不清楚，别着急，我们在接下来的内容里会进行详细的详解。
我们先使用一下锁，见见猪跑！！
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制<code class="javascript">#include<iostream>#include<pthread.h>#include<unistd.h>#include<vector>#include<cassert>using namespace std;int NUM=5;int ticket=1000;pthread_mutex_t mutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;class pthread{public: char buffer[1024]; pthread_t id;};void *get_ticket(void *args){ pthread *pth=static_cast<pthread*>(args); while(1) { pthread_mutex_lock(&mutex); usleep(1234); if(ticket<0) { pthread_mutex_unlock(&mutex); return nullptr; } cout<<pth->buffer<<" is ruuing ticket: "<<ticket<<endl; ticket--; pthread_mutex_unlock(&mutex); }}int main(){ vector<pthread*> pthpool; for(int i=0;i<NUM;i++) { pthread* new_pth=new pthread(); snprintf(new_pth->buffer,sizeof (new_pth->buffer),"user-%d",i+1); int n=pthread_create(&(new_pth->id),nullptr,get_ticket,new_pth); assert(n==0); (void)n; pthpool.push_back(new_pth); } for(int i=0;i<pthpool.size();i++) { int m= pthread_join(pthpool[i]->id,nullptr); assert(m==0); (void)m; } return 0;}</code>
结果显示抢票的过程非常顺利，接下来，我们把重心指向锁。
?互斥锁首先，我们先认识一些锁的常见接口
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制<code class="javascript">// 所有锁的相关操作函数都在这个头文件下//这些函数如果又返回值，操作成功的话，返回0，失败的话。返回错误码。错误原因被设置#include <pthread.h>// 锁的类型，用来创建锁pthread_mutex_t// 对锁进行初始化，第二个参数一般设位nullint pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);// 如果这个锁没有用了，可以调用该函数对锁进行销毁int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);// 如果创建的锁是全局变量，可以这样初始化。pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;// 对特定代码部分进行上锁，这部分代码只能有一次只能有一个执行流进入，被保护的资源叫做临界资源。int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);// 尝试上锁，不一定成功。int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);// 取消锁。int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);</code>
刚刚，我们已经使用一种方式实现了加锁，接下来，我们用另一种方式：
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制<code class="javascript">#include <iostream>#include <pthread.h>#include <unistd.h>#include <vector>#include <cassert>using namespace std;int NUM = 5;int ticket = 1000;class Thread_Data{public: Thread_Data(string name,pthread_mutex_t* mutex):_name(name),_mutex(mutex) {} ~Thread_Data() {}public: string _name; pthread_mutex_t* _mutex;};void *get_ticket(void *args){ Thread_Data *pth = static_cast<Thread_Data*>(args); while (1) { pthread_mutex_lock(pth->_mutex); if (ticket > 0) { usleep(1234); cout << pth->_name << " is ruuing ticket: " << ticket << endl; ticket--; pthread_mutex_unlock(pth->_mutex); } else { pthread_mutex_unlock(pth->_mutex); break; } }}int main(){ pthread_mutex_t mutex; pthread_mutex_init(&mutex,nullptr); vector<pthread_t> tids(NUM); for (int i = 0; i < NUM; i++) { char buffer[1024]; Thread_Data *td=new Thread_Data(buffer,&mutex); snprintf(buffer, sizeof(buffer), "user-%d", i + 1); int n =pthread_create(&tids[i], nullptr, get_ticket, td); assert(n == 0); (void)n; } for (int i = 0; i < tids.size(); i++) { int m = pthread_join(tids[i], nullptr); assert(m == 0); (void)m; } return 0;}</code>
运行一下，发现一直是4号线程在跑，其他线程呢？我也没让其他线程退出呀！而且抢票的时间变长了。
加锁和解锁是多个线程串行进行的，所以程序允许起来会变得很慢。锁只规定互斥访问，没有规定谁优先访问。锁就是让多个线程公平竞争的结果，强者胜出嘛。 ?关于互斥锁的理解所有的执行流都可以访问这一把锁，所以锁是一个共享资源。加锁和解锁的过程必须是原子的，不会存在中间状态。要么成功，要么失败。加锁的过程必须是安全的。谁持有锁，谁进入临界区。这种情况试一试不就知道了。我们依旧使用上面的一份代码，稍稍做一下修改：
所以，当一个执行流申请锁失败时，这个执行流会阻塞在这里。
如图，三个执行流
问：如果线程1申请锁成功，进入临界资源，正在访问临界资源区的时候，其他线程在做什么？
答：都在阻塞等待，直到持有锁的线程释放锁。
问; 如果线程1申请锁成功，进入临界资源，正在访问临界资源区的时候,可不可以被切换？
答:绝对是可以的，CPU管你有没有锁呢，时间片到了你必须下来。当持有锁的线程被切下来的时候，
是抱着锁走的，即使自己被切走了，其他线程依旧无法申请锁成功，也就无法继续向后执行。
这就叫作：江湖上没有我，但依旧有我的传说。
所以，未来我们在使用锁的时候，要遵守什么样的原则呢？
一定要保证代码的粒度(锁要保护的代码的多少i)要非常小。加锁是程序员的行为，必须做到要加的话所有的线程必须要加锁。?如何理解加锁和解锁是原子的在分析如何实现加锁和解锁之前，我们先形成几个共识：
CPU内执行流只有一套，且被所有执行流所共享。CPU内寄存器的内容属线程所有，是每个执行流的上下文。时间片到达，数据带走。在进行加锁和解锁的时候，这个线程随时会因时间片已到而被换下来。为了实现互斥锁操作,大多数体系结构都提供了swap或exchange指令,该指令的作用是把寄存器和内存单元的数据相交换,由于只有一条指令,保证了原子性 。
如图：
我们假设有线程A，B两个线程，A想要获得锁
锁内存储的数据就是int类型的1。 A线程中有数字0。
交换的过程由一条汇编构成
交换的本质：共享的数据，交换到线程的上下文中。
那么。如何完成解锁的操作呢。解锁的操作特别简单，只需一步。
?对互斥锁的简单封装相信大家对互斥锁都有了充分的了解。接下来，我们就实现一下对互斥锁的简单封装。
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制<code class="javascript">#include <iostream>#include <pthread.h>#include <unistd.h>#include <vector>#include <cassert>class Mutex{public: Mutex(pthread_mutex_t *mutex) : _mutex(mutex) { } void unlock() { if (_mutex) { pthread_mutex_unlock(_mutex); } } void lock() { if(_mutex) { pthread_mutex_lock(_mutex); } } ~Mutex() { }public: pthread_mutex_t *_mutex;};class Lockguard{public: Lockguard(Mutex mutex) : _mutex(mutex) { _mutex.lock(); } ~Lockguard() { _mutex.unlock(); }public: Mutex _mutex;};</code>这种利用变量出了函数作用域自动销毁的性质，我们称之为RAII特性。
到这里，我们本篇的内容也就结束了，我们期待下一期博客相遇。
