计算机操作系统基础 (十三)--- 线程同步之读写锁

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发布于: 2020 年 07 月 06 日
引言本文为第十三篇，线程同步之读写锁，读写锁也是解决线程同步的方法之一，在前边的两篇文章中国已经介绍了互斥量和自旋锁两种方法。读写锁的原理也和前边两种锁类似，但是读写锁做了一些改进
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读写锁读写锁的改进是从以下几个点进行考量的，其中最重要的是对临界资源的考量。在复杂的开发环境中，很可能会出现对临界资源多读少写的情况。比如说一个数据库中的表，存储的主要是一些历史数据，对于这些历史数据，一般都是进行查询，很少进行修改，那么这个存储历史数据的表就属于多读少写的临界资源。对于读取的时候并不会改变临界资源的值，如果我们每一次去读或者写的时候都给它加锁，这样效率是很低的。那么这个时候就应该考虑是否有效率更高的方法？这个时候就产生了读写锁
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读写锁介绍
读写锁是一种特殊的自旋锁
允许多个读者同时访问资源，以提高读性能
对于写操作是互斥的(不允许多个写操作同时访问同一资源)
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关于读写锁的模型
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对于读写锁，它允许多个读者同时去读取临界资源，因此下图中的读线程1、2、3可以同时读取临界资源，但是在读取的同时，它不会允许写操作去访问临界资源。因为读取的时候并不会改变临界资源，而写操作可能会改变临界资源的值，因此在读写锁中读和写是互斥的，读和读之间是不互斥的
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读写锁示例
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<vector>
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//临界资源
int num=0;
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//定义读写锁
pthread_rwlock_t relock=PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;
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void *reader(void*){
    int times=10000000;
    while(times--){
        //在读操作之前加读锁
        pthread_rwlock_rdlock(&rdlock);
        if(times%1000==0){
            usleep(10);
        }
        //释放读锁
        pthread_rwlock_unlock(&rdlock);
    }
}
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void *writer(void*){
    int times=10000000;
    while(times--){
        //加写锁
        pthread_rwlock_wrlock(&rdlock);
        num+=1;
        pthread_rwlock_unlock(&rdlock);
    }
}
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int main()
{
    printf("Start in main function.");
        //定义三个线程
        pthread_t thread1,thread2, thread3;
        //两个执行读操作，一个执行写操作
        pthread_create(&thread1, NULL, &reader, NULL);
        pthread_create(&thread2, NULL, &reader, NULL);
        pthread_create(&thread3, NULL, &writer, NULL);
        pthread_join(&thread1, NULL);
        pthread_join(&thread2, NULL);
        pthread_join(&thread3, NULL);
        //打印临界资源的值
        printf("Print in main function: num = %d\n", num);
        return 0;
}
因为上边提到，读写锁对于多读少写的情况下，会有很明显的性能提升的，此时就可以验证一下，运行上边使用的读写锁的程序，查看运行时间如下：
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现在将读写锁换成互斥量，然后看一下执行时间
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<vector>
﻿
//临界资源
int num=0;
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//初始化互斥量
pthread_mutex_t mutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
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//定义读写锁
//pthread_rwlock_t relock=PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;
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void *reader(void*){
    int times=10000000;
    while(times--){
        //在读操作之前加读锁
        //pthread_rwlock_rdlock(&rdlock);
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        if(times%1000==0){
            usleep(10);
        }
        //释放读锁
        //pthread_rwlock_unlock(&rdlock);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
}
﻿
void *writer(void*){
    int times=10000000;
    while(times--){
        //加写锁
        //pthread_rwlock_wrlock(&rdlock);
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        num+=1;
        //pthread_rwlock_unlock(&rdlock);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
}
﻿
int main()
{
    printf("Start in main function.");
        //定义三个线程
        pthread_t thread1,thread2, thread3;
        //两个执行读操作，一个执行写操作
        pthread_create(&thread1, NULL, &reader, NULL);
        pthread_create(&thread2, NULL, &reader, NULL);
        pthread_create(&thread3, NULL, &writer, NULL);
        pthread_join(&thread1, NULL);
        pthread_join(&thread2, NULL);
        pthread_join(&thread3, NULL);
        //打印临界资源的值
        printf("Print in main function: num = %d\n", num);
        return 0;
}
执行结果：
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可以看见，对于多读少写的临界资源，使用读写锁的效率是使用互斥量的大概5倍
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PHP中读写锁相关API：https://www.php.net/manual/zh/class.syncreaderwriter.php
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在快速变化的技术中寻找不变，才是一个技术人的核心竞争力。知行合一，理论结合实践
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