文章目录为什么普通互斥锁不够读写锁的核心规则读者优先和写者优先读者优先写者优先Linux读写锁接口初始化和销毁加读锁、加写锁和解锁非阻塞尝试简单用例读写锁和互斥锁怎么选当多个线程访问同一份共享数据时读操作之间通常不会互相修改数据而写操作必须独占资源。读写锁Read-Write Lock针对「读多写少」场景设计多个读者可以并发读取但写者进入临界区时必须排他访问。为什么普通互斥锁不够假设共享数据只有一个整数线程分为两类读者只读取数据不修改数据。写者修改数据修改期间不允许其他线程读取或写入。如果所有操作都使用普通互斥锁安全性没有问题但多个读者也必须排队读者 2普通互斥锁读者 1读者 2普通互斥锁读者 1加锁获得锁并读取等待解锁获得锁并读取读者之间没有数据修改冲突却被迫串行执行。读写锁能把这种关系表达得更准确读者共享写者独占。读写锁的核心规则模式同时允许的线程典型用途读锁共享锁多个读者查询、遍历、读取配置写锁独占锁一个写者且不能有读者更新、插入、删除第一个读者申请读锁其他读者申请读锁最后一个读者释放读锁写者申请写锁写者释放写锁写者申请写锁所有读者退出空闲读者占用写者占用写者等待必须牢记写者持有写锁时不能有其他读者或写者进入临界区。读者持有读锁时其他读者可以并发进入但写者必须等待。每次成功加锁都必须对应一次解锁。读者优先和写者优先读者优先只要当前有读者新到达的读者通常可以继续获得读锁。读吞吐量较高但如果读者持续到达写者可能长时间得不到机会形成「写者饥饿」。读者进入更多读者进入写者持续等待读者全部退出后写者进入写者优先一旦有写者等待后续读者会被暂缓让写者尽快完成更新。这样可以降低写者等待时间但写者持续到达时读者可能长时间等待。读者正在读取写者到达并等待后续读者暂缓已有读者退出写者进入并更新Linux读写锁接口初始化和销毁pthread_rwlock_t rwlock;pthread_rwlock_init(rwlock,nullptr);// 创建并运行线程pthread_rwlock_destroy(rwlock);销毁前必须确保没有线程仍在使用该锁。加读锁、加写锁和解锁pthread_rwlock_rdlock(rwlock);// 申请读锁// 读取共享数据pthread_rwlock_unlock(rwlock);pthread_rwlock_wrlock(rwlock);// 申请写锁// 修改共享数据pthread_rwlock_unlock(rwlock);读者调用rdlock多个读者可以同时持有读锁写者调用wrlock必须等待所有读者退出并独占临界区。非阻塞尝试intrc1pthread_rwlock_tryrdlock(rwlock);intrc2pthread_rwlock_trywrlock(rwlock);如果锁不可用函数会立即返回错误码。使用try*时必须处理失败分支不能把「未获得锁」当成「已经进入临界区」。简单用例#includepthread.hintshared_data0;pthread_rwlock_t rwlock;void*reader(void*){pthread_rwlock_rdlock(rwlock);intvalueshared_data;pthread_rwlock_unlock(rwlock);returnnullptr;}void*writer(void*){pthread_rwlock_wrlock(rwlock);shared_data;pthread_rwlock_unlock(rwlock);returnnullptr;}代码#includepthread.h#includeunistd.h#includeatomic#includecstdlib#includeiostream#includemutex#includerandom#includethread#includevectornamespace{constexprintkReaderCount4;constexprintkWriterCount2;constexprintkRoundsPerThread8;intshared_data0;pthread_rwlock_t rwlock;std::atomicintactive_readers{0};std::atomicintactive_writers{0};std::atomicintmax_concurrent_readers{0};std::atomicintmax_concurrent_writers{0};std::atomicintoverlap_count{0};std::atomicintwrite_count{0};std::mutex output_mutex;voidupdate_max(std::atomicinttarget,intvalue){intprevioustarget.load(std::memory_order_relaxed);while(previousvalue!target.compare_exchange_weak(previous,value,std::memory_order_relaxed,std::memory_order_relaxed)){}}voidreader_task(intid){for(intround0;roundkRoundsPerThread;round){if(pthread_rwlock_rdlock(rwlock)!0){std::lock_guardstd::mutexlock(output_mutex);std::cerr读者 id 获取读锁失败\n;return;}constintreadersactive_readers.fetch_add(1)1;update_max(max_concurrent_readers,readers);if(active_writers.load()!0){overlap_count;}constintvalueshared_data;usleep(5000);active_readers.fetch_sub(1);pthread_rwlock_unlock(rwlock);if(round0){std::lock_guardstd::mutexlock(output_mutex);std::cout读者-id 读取到 value\n;}std::this_thread::yield();}}voidwriter_task(intid){std::mt19937generator(static_castunsigned(id17));std::uniform_int_distributionintdistribution(1,9);for(intround0;roundkRoundsPerThread;round){if(pthread_rwlock_wrlock(rwlock)!0){std::lock_guardstd::mutexlock(output_mutex);std::cerr写者 id 获取写锁失败\n;return;}constintwritersactive_writers.fetch_add(1)1;update_max(max_concurrent_writers,writers);if(writers!1||active_readers.load()!0){overlap_count;}shared_datadistribution(generator);write_count;constintvalueshared_data;usleep(8000);active_writers.fetch_sub(1);pthread_rwlock_unlock(rwlock);if(round0){std::lock_guardstd::mutexlock(output_mutex);std::cout写者-id 写入后为 value\n;}std::this_thread::yield();}}}// namespaceintmain(){if(pthread_rwlock_init(rwlock,nullptr)!0){std::cerr读写锁初始化失败\n;returnEXIT_FAILURE;}std::cout配置读者 kReaderCount 个写者 kWriterCount 个每个线程 kRoundsPerThread 轮\n;std::vectorstd::threadreaders;std::vectorstd::threadwriters;readers.reserve(kReaderCount);writers.reserve(kWriterCount);for(inti0;ikReaderCount;i){readers.emplace_back(reader_task,i);}for(inti0;ikWriterCount;i){writers.emplace_back(writer_task,i);}for(autothread:readers){thread.join();}for(autothread:writers){thread.join();}pthread_rwlock_destroy(rwlock);constintexpected_writeskWriterCount*kRoundsPerThread;constboolpassedmax_concurrent_writers.load()1overlap_count.load()0write_count.load()expected_writes;std::cout最大并发读者数max_concurrent_readers.load()\n;std::cout最大并发写者数max_concurrent_writers.load()\n;std::cout读写重叠次数overlap_count.load()\n;std::cout写入次数write_count.load()\n;std::cout最终共享数据shared_data\n;std::cout验证结果(passed?通过:失败)\n;returnpassed?EXIT_SUCCESS:EXIT_FAILURE;}运行结果配置读者 4 个写者 2 个每个线程 8 轮 读者-0 读取到 0 读者-2 读取到 0 读者-1 读取到 0 读者-3 读取到 0 写者-0 写入后为 3 写者-1 写入后为 43 最大并发读者数4 最大并发写者数1 读写重叠次数0 写入次数16 最终共享数据75 验证结果通过读写锁和互斥锁怎么选条件更适合的工具临界区很短读写比例接近std::mutex或pthread_mutex_t读操作远多于写操作读者可以安全并发pthread_rwlock_t需要 C 风格的共享互斥量std::shared_mutex共享资源支持无锁算法原子操作或专用并发容器读写锁不一定比互斥锁快。它需要维护读者计数和等待队列如果临界区很短、竞争不明显普通互斥锁可能更简单。选择前应使用真实负载进行测量。