linux線程的互斥鎖（mutex）是用于保護共享資源的同步機制，確保在多線程環境中，多個線程不會同時訪問或修改同一個資源，從而避免數據競爭或不一致的問題。

互斥鎖是一種二進制鎖，也就是說它只有兩種狀態：鎖定（locked）和解鎖（unlocked）。

當一個線程想要訪問受保護的共享資源時，它首先必須嘗試鎖定互斥鎖，如果鎖已經被其他線程持有，則它必須等待，直到鎖被釋放。

當線程完成對資源的操作后，它需要解鎖互斥鎖，以便其他線程可以訪問該資源。

互斥鎖的工作原理：

鎖定（lock）：線程調用pthread_mutex_lock()，如果互斥鎖已經解鎖，則該線程成功鎖定，并進入臨界區訪問共享資源；如果鎖已被其他線程占有，則當前線程將阻塞，直到鎖被釋放。解鎖（unlock）：線程完成對共享資源的操作后，調用pthread_mutex_unlock()，這會釋放鎖，其他被阻塞的線程將有機會鎖定并訪問該資源。

在Linux下，線程互斥鎖主要通過POSIX線程庫（pthread）來實現，通常的步驟包括：

初始化互斥鎖：使用pthread_mutex_init()或直接用靜態初始化PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER。鎖定互斥鎖：在線程需要訪問共享資源前，使用pthread_mutex_lock()鎖定。訪問共享資源：執行需要對共享資源的操作。解鎖互斥鎖：訪問結束后，使用pthread_mutex_unlock()解鎖。銷毀互斥鎖：使用pthread_mutex_destroy()銷毀互斥鎖，通常在不再使用該互斥鎖時進行。

1、互斥鎖的初始化

互斥鎖在使用之前必須先進行初始化操作。

可以通過兩種方式來初始化互斥鎖：靜態初始化和動態初始化。

1.1、靜態初始化

靜態初始化使用 PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER 宏來初始化互斥鎖，這是一種常見且簡便的初始化方法。

無需顯式調用初始化函數，適用于全局互斥鎖。

代碼語言：JavaScript代碼運行次數：0運行復制

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

在這種方式下，互斥鎖被設置為默認屬性。靜態初始化不需要任何額外參數，并且返回值是隱式的，不會返回錯誤碼。

1.2、動態初始化

動態初始化通過 pthread_mutex_init() 函數完成，適用于需要在運行時動態分配的互斥鎖，或需要自定義互斥鎖屬性的情況。

代碼語言：javascript代碼運行次數：0運行復制

pthread_mutex_t mutex;pthread_mutexattr_t attr;pthread_mutexattr_init(&attr);  // 初始化互斥鎖屬性// 初始化互斥鎖，第二個參數為屬性，如果不需要自定義屬性可以傳入 NULLint ret = pthread_mutex_init(&mutex, &attr);if (ret != 0) {    // 處理初始化失敗}pthread_mutexattr_destroy(&attr);  // 銷毀屬性

參數：

mutex：指向 pthread_mutex_t 類型互斥鎖的指針。attr：互斥鎖的屬性指針，可以設置互斥鎖的行為。如果不需要自定義屬性，傳入 NULL 表示使用默認屬性。

返回值：成功時返回 0，失敗時返回非零錯誤碼。常見錯誤碼包括：

EINVAL：attr 屬性無效。EBUSY：互斥鎖已經被初始化。ENOMEM：內存不足，無法分配資源。

2、互斥鎖加鎖與解鎖

2.1、互斥鎖加鎖

pthread_mutex_lock() 用于對互斥鎖加鎖。

如果互斥鎖已經被其他線程鎖住，調用線程將進入阻塞狀態，直到該互斥鎖被解鎖。

代碼語言：javascript代碼運行次數：0運行復制

pthread_mutex_lock(&mutex);  // 加鎖

參數：mutex 是指向要加鎖的 pthread_mutex_t 互斥鎖對象的指針。

返回值：成功時返回 0。如果出現錯誤，返回非零錯誤碼：

EINVAL：互斥鎖無效。EDEADLK：線程試圖遞歸加鎖一個非遞歸互斥鎖（導致死鎖）。2.2、互斥鎖解鎖

pthread_mutex_unlock() 用于解鎖已經加鎖的互斥鎖。

如果其他線程正等待此互斥鎖，它將被喚醒并獲取鎖。

代碼語言：javascript代碼運行次數：0運行復制

pthread_mutex_unlock(&mutex);  // 解鎖

參數：mutex 是指向要解鎖的 pthread_mutex_t 互斥鎖對象的指針。

返回值：成功時返回 0。可能的錯誤碼：

EINVAL：互斥鎖無效。EPERM：當前線程沒有持有該互斥鎖。

3、非阻塞加鎖

pthread_mutex_trylock() 是一種非阻塞加鎖操作。

如果互斥鎖已經被其他線程鎖住，它不會阻塞，而是立即返回錯誤碼 EBUSY。

代碼語言：javascript代碼運行次數：0運行復制

int try_lock_example() {    int ret = pthread_mutex_trylock(&mutex);    if (ret == 0) {        // 鎖定成功        printf("鎖定成功！n");        pthread_mutex_unlock(&mutex);  // 解鎖    } else if (ret == EBUSY) {        // 鎖定失敗，互斥鎖已被其他線程持有        printf("鎖定失敗，互斥鎖被占用。n");    } else {        // 其他錯誤        printf("嘗試鎖定時出現錯誤。n");    }    return 0;}

參數：mutex 是指向要加鎖的 pthread_mutex_t 互斥鎖對象的指針。

返回值：

0：成功加鎖。EBUSY：互斥鎖已經被其他線程持有，無法加鎖。EINVAL：互斥鎖無效。

4、銷毀互斥鎖

使用完互斥鎖后，應該通過 pthread_mutex_destroy() 釋放與之相關的資源。

銷毀互斥鎖之前，確保它已經被解鎖。

代碼語言：javascript代碼運行次數：0運行復制

pthread_mutex_destroy(&mutex);

參數：mutex 是指向要銷毀的 pthread_mutex_t 互斥鎖對象的指針。

返回值：

0：成功銷毀。EINVAL：互斥鎖無效或未被初始化。EBUSY：互斥鎖仍被鎖定，不能銷毀。

銷毀互斥鎖后，它不能再被使用，除非重新初始化。

5、互斥鎖死鎖問題

如果一個線程在鎖定互斥鎖后由于某種原因沒有解鎖（如忘記調用pthread_mutex_unlock()或在臨界區中發生異常終止），其他線程將永遠無法獲得該鎖，導致系統卡住。

以下例子中，線程 A 鎖定 mutex1，線程 B 鎖定 mutex2，接著 A 和 B 分別嘗試鎖定對方已經持有的互斥鎖，導致相互等待，程序進入死鎖狀態。

代碼語言：javascript代碼運行次數：0運行復制

pthread_mutex_t mutex1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;pthread_mutex_t mutex2 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;void *threadA(void *arg) {    pthread_mutex_lock(&mutex1);    sleep(1);  // 模擬工作    pthread_mutex_lock(&mutex2);  // 這里會發生死鎖    pthread_mutex_unlock(&mutex2);    pthread_mutex_unlock(&mutex1);    return NULL;}void *threadB(void *arg) {    pthread_mutex_lock(&mutex2);    sleep(1);  // 模擬工作    pthread_mutex_lock(&mutex1);  // 這里會發生死鎖    pthread_mutex_unlock(&mutex1);    pthread_mutex_unlock(&mutex2);    return NULL;}

預防死鎖方法：

固定鎖順序：所有線程在請求多個鎖時，必須按照相同的順序來請求。超時加鎖：使用 pthread_mutex_trylock()，可以避免線程長時間等待鎖。

6、互斥鎖的屬性

pthread_mutexattr_t 結構體用于控制互斥鎖的行為。常用屬性包括互斥鎖的類型。

通過 pthread_mutexattr_settype() 設置互斥鎖的類型。

常見類型包括：

PTHREAD_MUTEX_NORMAL：普通互斥鎖，不會檢查錯誤，遞歸加鎖會導致死鎖。PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK：錯誤檢查互斥鎖，如果同一線程重復加鎖，返回 EDEADLK 錯誤。PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE：遞歸鎖，允許同一線程對互斥鎖多次加鎖，但需要相同次數的解鎖。PTHREAD_MUTEX_DEFAULT：默認行為，通常與 PTHREAD_MUTEX_NORMAL 等價。

設置遞歸鎖的示例：

代碼語言：javascript代碼運行次數：0運行復制

pthread_mutex_t mutex;pthread_mutexattr_t attr;pthread_mutexattr_init(&attr);  // 初始化屬性pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);  // 設置遞歸鎖類型pthread_mutex_init(&mutex, &attr);  // 初始化互斥鎖pthread_mutexattr_destroy(&attr);  // 銷毀屬性

返回值：

0：成功。EINVAL：互斥鎖屬性無效。

互斥鎖的正確使用包括初始化、加鎖、解鎖和銷毀。

通過靜態或動態方法初始化互斥鎖，根據需求選擇合適的鎖類型，可以有效避免線程競爭和死鎖問題。