前言

定義/概念

問題的出現

在現代作業系統中，出現不止一個物件（程序/執行緒）對程式碼進行訪問是一個普遍的現象（併發的來源），這也就會出現對共享的資源（記憶體、硬體資源等）出現競爭佔有的狀態（競態）。資源是必須用於多個物件共享的，但是我們又不能讓多個物件同時佔有資源（即競態的發生），那麼這時候就必須有一個操作，保證一個物件訪問資源時，其他物件無法訪問資源，這樣互斥鎖也就應運而生。
在系統設計，程式碼設計上，我們一直在避免競態的發生，比如將硬體記憶體對映為虛擬記憶體（避免程序間資源的訪問），比如將記憶體分為堆/棧/動態棧等（將資源存放的地方分開），比如將減少對全域性變數的定義（不讓其被更多物件訪問到）。通過互斥的操作，我們做到一次只有一個執行執行緒訪問共享的資源。

定義

互斥鎖：對資源進行鎖定，保證只有一個訪問者對資源進行訪問，但是無法限制訪問者對資源的訪問順序，訪問是無序的；

用法

環境

計算機語言：C++；
系統：Android N；

使用流程

對於互斥鎖的使用流程可以抽象為以下幾個步驟：

• 建立 Create

• 加鎖 Lock

• 解鎖 Unlock

• 銷燬 Destroy

在建立鎖之前，要新增標頭檔案：#include <pthread.h>；
使用pthread_mutex_init()對鎖進行初始化；
使用pthread_mutex_lock()對鎖進行上鎖；
使用pthread_mutex_unlock()

函式具體說明

pthread_mutex_init

函式原型：int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex,const pthread_mutexattr_t *restrict attr);
引數1：我們自己宣告的鎖變數；
引數2：新建的鎖的屬性，一般為空，使用預設的鎖型別，預設是快速互斥鎖；
該函式用於C函式的多執行緒程式設計中，對互斥鎖的動態初始化。
不同的鎖型別在試圖對一個已經被鎖定的互斥鎖加鎖時表現不同。

pthread_mutex_init()函式成功完成之後會返回零，其他任何返回值都表示出現了錯誤。

函式成功執行後，互斥鎖被初始化為未鎖住態。

pthread_mutexattr_init

函式原型：int pthread_mutexattr_init(pthread_mutexattr_t *mattr);
引數1：互斥鎖的屬性；
使用pthread_mutexattr_init()可以將與互斥鎖物件相關聯的屬性初始化為其預設值，也就是將pthread_mutex_init的引數2設定為預設值。在執行過程中，執行緒系統會為每個屬性物件分配儲存空間。

#include <pthread.h>

pthread_mutexattr_t mattr;

int ret;/* initialize an attribute to default value */

ret = pthread_mutexattr_init(&mattr);

呼叫此函式時，pshared 屬性的預設值為 PTHREAD_PROCESS_PRIVATE。 該值表示可以在程序內使用經過初始化的互斥鎖。
mattr 的型別為 opaque，其中包含一個由系統分配的屬性物件。mattr 範圍可能的值為 PTHREAD_PROCESS_PRIVATE 和 PTHREAD_PROCESS_SHARED。PTHREAD_PROCESS_PRIVATE 是預設值。
對於互斥鎖屬性物件，必須首先通過呼叫 pthread_mutexattr_destroy() 將其銷燬，才能重新初始化該物件。pthread_mutexattr_init() 呼叫會導致分配型別為 opaque 的物件。如果未銷燬該物件，則會導致記憶體洩漏。

pthread_mutexattr_destroy

函式原型：int pthread_mutexattr_destroy(pthread_mutexattr_t *mattr)
引數1：互斥鎖的屬性；
pthread_mutexattr_destroy()用來銷燬 pthread_mutexattr_init() 所建立的屬性物件的儲存空間。

#include <pthread.h>

pthread_mutexattr_t mattr;

int ret;/* destroy an attribute */

ret = pthread_mutexattr_init(&mattr);

ret = pthread_mutexattr_destroy(&mattr);

pthread_mutexattr_destroy() 成功完成之後會返回零。其他任何返回值都表示出現了錯誤。如果出現以下情況，該函式將失敗並返回對應的值。
EINVAL 描述: 由 mattr 指定的值無效。

pthread_mutexattr_setpshared

函式原型：int pthread_mutexattr_setpshared(pthread_mutexattr_t *mattr, int pshared);
引數1：互斥鎖的屬性；
引數2：指定互斥鎖的作用域的型別，有兩種，PTHREAD_PROCESS_PRIVATE和PTHREAD_PROCESS_SHARED預設是PTHREAD_PROCESS_PRIVATE；
pthread_mutexattr_setpshared()可用來設定互斥鎖變數的作用域。
互斥鎖變數可以是程序專用的(程序內)變數，也可以是系統範圍內的(程序間)變數。要在多個程序中的執行緒之間共享互斥鎖，可以在共享記憶體中建立互斥鎖，並將pshared屬性設定為 PTHREAD_PROCESS_SHARED。

#include <pthread.h>

pthread_mutexattr_t mattr;

int ret;

ret = pthread_mutexattr_init(&mattr); /* * resetting to its default value: private */

ret = pthread_mutexattr_setpshared(&mattr, PTHREAD_PROCESS_PRIVATE);

pthread_mutexattr_getpshared

函式原型：int pthread_mutexattr_getpshared(pthread_mutexattr_t *mattr, int *pshared);
引數1：互斥鎖的屬性；
引數2：指定互斥鎖的作用域的型別，有兩種，PTHREAD_PROCESS_PRIVATE和PTHREAD_PROCESS_SHARED預設是PTHREAD_PROCESS_PRIVATE；

pthread_mutexattr_getpshared()可用來返回由 pthread_mutexattr_setpshared() 定義的互斥鎖變數的範圍。

此函式可為屬性物件 mattr 獲取 pshared 的當前值。該值為 PTHREAD_PROCESS_SHARED 或 PTHREAD_PROCESS_PRIVATE。

pthread_mutexattr_getpshared() 成功完成之後會返回零。其他任何返回值都表示出現了錯誤。如果出現以下情況，該函式將失敗並返回對應的值。

EINVAL 描述: 由 mattr 指定的值無效。

#include <pthread.h>

pthread_mutexattr_t mattr;

int pshared, ret;/* get pshared of mutex */

ret = pthread_mutexattr_getpshared(&mattr, &pshared);

pthread_mutexattr_settype

函式原型：int pthread_mutexattr_settype(pthread_mutexattr_t *attr , int type);
引數1：互斥鎖的屬性；
引數2：互斥鎖的type屬性，決定不同的鎖型別在試圖對一個已經被鎖定的互斥鎖加鎖時表現不同。
pthread_mutexattr_settype()可用來設定互斥鎖的type屬性。

型別屬性的預設值為 PTHREAD_MUTEX_DEFAULT。
type引數指定互斥鎖的型別。以下列出了有效的互斥鎖型別:

PTHREAD_MUTEX_NORMAL 描述: 此型別的互斥鎖不會檢測死鎖。如果執行緒在不首先解除互斥鎖的情況下嘗試重新鎖定該互斥鎖，則會產生死鎖。嘗試解除由其他執行緒鎖定的互斥鎖會產生不確定的行為。如果嘗試解除未鎖定的互斥鎖，則會產生不確定的行為。

PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK 描述: 此型別的互斥鎖可提供錯誤檢查。如果執行緒在不首先解除鎖定互斥鎖的情況下嘗試重新鎖定該互斥鎖，則會返回錯誤。如果執行緒嘗試解除鎖定的互斥鎖已經由其他執行緒鎖定，則會返回錯誤。如果執行緒嘗試解除未鎖定的互斥鎖，則會返回錯誤。

PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE 描述: 如果執行緒在不首先解除鎖定互斥鎖的情況下嘗試重新鎖定該互斥鎖，則可成功鎖定該互斥鎖。 與 PTHREAD_MUTEX_NORMAL 型別的互斥鎖不同，對此型別互斥鎖進行重新鎖定時不會產生死鎖情況。多次鎖定互斥鎖需要進行相同次數的解除鎖定才可以釋放該鎖，然後其他執行緒才能獲取該互斥鎖。如果執行緒嘗試解除鎖定的互斥鎖已經由其他執行緒鎖定，則會返回錯誤。 如果執行緒嘗試解除未鎖定的互斥鎖，則會返回錯誤。

PTHREAD_MUTEX_DEFAULT 描述: 如果嘗試以遞迴方式鎖定此型別的互斥鎖，則會產生不確定的行為。對於不是由呼叫執行緒鎖定的此型別互斥鎖，如果嘗試對它解除鎖定，則會產生不確定的行為。對於尚未鎖定的此型別互斥鎖，如果嘗試對它解除鎖定，也會產生不確定的行為。允許在實現中將該互斥鎖對映到其他互斥鎖型別之一。對於 Solaris 執行緒，PTHREAD_PROCESS_DEFAULT 會對映到 PTHREAD_PROCESS_NORMAL。

如果執行成功，pthread_mutexattr_settype 函式會返回零。否則，將返回用於指明錯誤的錯誤號。

EINVAL 描述: 值為 type 無效。EINVAL 描述: attr 指定的值無效。

pthread_mutexattr_gettype

函式原型：int pthread_mutexattr_gettype(pthread_mutexattr_t *attr , int *type);
引數1：互斥鎖的屬性；
引數2：互斥鎖的type屬性，決定不同的鎖型別在試圖對一個已經被鎖定的互斥鎖加鎖時表現不同。
pthread_mutexattr_gettype()可用來獲取由 pthread_mutexattr_settype() 設定的互斥鎖的type屬性。

型別屬性的預設值為 PTHREAD_MUTEX_DEFAULT。

type引數指定互斥鎖的型別。有效的互斥鎖型別包括:

PTHREAD_MUTEX_NORMAL PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE PTHREAD_MUTEX_DEFAULT 有關每種型別的說明，請參見pthread_mutexattr_settype 語法。

如果成功完成，pthread_mutexattr_gettype() 會返回 0。其他任何返回值都表示出現了錯誤。

pthread_mutexattr_setprotocol

函式原型：int pthread_mutexattr_setprotocol(pthread_mutexattr_t *attr, int protocol);
引數1：指示以前呼叫 pthread_mutexattr_init() 時建立的互斥鎖屬性物件；
引數2：protocol 可定義應用於互斥鎖屬性物件的協議；
pthread.h 中定義的 protocol 可以是以下值之一:PTHREAD_PRIO_NONE、PTHREAD_PRIO_INHERIT 或 PTHREAD_PRIO_PROTECT。
PTHREAD_PRIO_NONE ：執行緒的優先順序和排程不會受到互斥鎖擁有權的影響。
PTHREAD_PRIO_INHERIT：此協議值會影響執行緒的優先順序和排程。如果更高優先順序的執行緒，如執行緒2 ，因 執行緒1 所擁有的一個或多個互斥鎖而被阻塞，而這些互斥鎖是用 PTHREAD_PRIO_INHERIT 初始化的，則 執行緒1 將以高於它的優先順序（擁有執行緒2 的優先順序）或者所有正在等待這些互斥鎖(這些互斥鎖是 執行緒1 所擁有的互斥鎖)的執行緒的最高優先順序執行。如果 執行緒1 因另一個執行緒 (執行緒3) 擁有的互斥鎖而被阻塞，則相同的優先順序繼承效應會以遞迴方式傳播給 執行緒3。使用 PTHREAD_PRIO_INHERIT 可以避免優先順序倒置。低優先順序的執行緒持有較高優先順序執行緒所需的鎖時，便會發生優先順序倒置，這樣可以保證持有鎖的執行緒以較高的優先順序執行。只有在較低優先順序的執行緒釋放該鎖之後，較高優先順序的執行緒才能繼續使用該鎖。如果為使用協議屬性值 PTHREAD_PRIO_INHERIT 初始化的互斥鎖定義了 _POSIX_THREAD_PRIO_INHERIT，則互斥鎖的屬主失敗時會根據pthread_mutexattr_setrobust_np() 的 robustness 引數的值做出相應的行為。
如果成功完成，pthread_mutexattr_setprotocol() 會返回 0。其他任何返回值都表示出現了錯誤。

如果出現以下任一情況，pthread_mutexattr_setprotocol() 將失敗並返回對應的值。

ENOSYS 描述: 選項 _POSIX_THREAD_PRIO_INHERIT 和 _POSIX_THREAD_PRIO_PROTECT 均未定義並且該實現不支援此函式。 ENOTSUP 描述: protocol 指定的值不受支援。 如果出現以下任一情況，pthread_mutexattr_setprotocol() 可能會失敗並返回對應的值。

EINVAL 描述: attr 或 protocol 指定的值無效。EPERM 描述: 呼叫方無權執行該操作。

pthread_mutexattr_getprotocol

pthread_mutexattr_getprotocol()可用來獲取互斥鎖屬性物件的協議屬性。
函式原型：int pthread_mutexattr_getprotocol(const pthread_mutexattr_t *attr, int *protocol);
引數1：指示以前呼叫 pthread_mutexattr_init() 時建立的互斥鎖屬性物件；
引數2：protocol 包含以下協議屬性之一:PTHREAD_PRIO_NONE、PTHREAD_PRIO_INHERIT 或 PTHREAD_PRIO_PROTECT；
如果成功完成，pthread_mutexattr_getprotocol() 會返回 0。其他任何返回值都表示出現了錯誤。

如果出現以下情況，pthread_mutexattr_getprotocol() 將失敗並返回對應的值。

ENOSYS 描述: _POSIX_THREAD_PRIO_INHERIT 選項和 _POSIX_THREAD_PRIO_PROTECT 選項均未定義並且該實現不支援此函式。 如果出現以下任一情況，pthread_mutexattr_getprotocol() 可能會失敗並返回對應的值。

EINVAL 描述: attr 指定的值無效。EPERM 描述: 呼叫方無權執行該操作。

pthread_mutexattr_setprioceiling

函式原型：int pthread_mutexattr_setprioceiling(pthread_mutexatt_t *attr, int prioceiling, int *oldceiling);
引數1：指示以前呼叫 pthread_mutexattr_init() 時建立的互斥鎖屬性物件；
引數2：指定已初始化互斥鎖的優先順序上限。優先順序上限定義執行互斥鎖保護的臨界段時的最低優先順序。prioceiling 位於 SCHED_FIFO 所定義的優先順序的最大範圍內。要避免優先順序倒置（阻塞的執行緒優先順序高於持有鎖的優先順序），請將 prioceiling 設定為高於或等於可能會鎖定特定互斥鎖的所有執行緒的最高優先順序。
pthread_mutexattr_setprioceiling()可用來設定互斥鎖屬性物件的優先順序上限屬性。
看了下網上的資料，這裡的用法還不怎麼理解，還有一些是硬體不支援的，下面有個demo，示例測試系統支不支援這個特性：

int main(void)
{

    /* Make sure there is prioceiling capability. */
    /* #ifndef _POSIX_PRIORITY_SCHEDULING
       fprintf(stderr,"prioceiling attribute is not available for testing\n");
       return PTS_UNRESOLVED;
       #endif */

    pthread_mutexattr_t mta;
    int prioceiling, ret;

    prioceiling = sched_get_priority_min(SCHED_FIFO);

    /* Set the prioceiling of an unintialized mutex attr. */
    if ((ret = pthread_mutexattr_setprioceiling(&mta, prioceiling)) == 0) {
        printf
            ("Test PASSED: *Note: Returned 0 instead of EINVAL when passed an uninitialized mutex attribute object to pthread_mutexattr_setprioceiling, but standard says 'may' fail.\n");
        return PTS_PASS;
    }

    if (ret != EINVAL) {
        printf
            ("Test FAILED: Invalid return code %d. Expected EINVAL or 0.\n",
             ret);
        return PTS_FAIL;
    }

    printf("Test PASSED\n");
    return PTS_PASS;
}

如果成功完成，pthread_mutexattr_setprioceiling() 會返回 0。其他任何返回值都表示出現了錯誤。

如果出現以下任一情況，pthread_mutexattr_setprioceiling() 將失敗並返回對應的值。

ENOSYS 描述: 選項 _POSIX_THREAD_PRIO_PROTECT 未定義並且該實現不支援此函式。 如果出現以下任一情況，pthread_mutexattr_setprioceiling() 可能會失敗並返回對應的值。

EINVAL 描述: attr 或 prioceiling 指定的值無效。EPERM 描述: 呼叫方無權執行該操作。

pthread_mutexattr_getprioceiling

pthread_mutex_setprioceiling

pthread_mutex_getprioceiling

pthread_mutexattr_setrobust_np

pthread_mutexattr_getrobust_np

demo

多核多執行緒的demo留待下面文章來記錄。