基于linux下的高并发服务器开发（第三章）- 3.11 读写锁

**基于Linux下的高并发服务器开发**

**第三章：读写锁**

在高并发服务器开发中，多个线程或进程同时访问共享资源是常见的场景。为了保证数据的一致性和安全性，我们需要使用同步机制来控制对共享资源的访问。在Linux下，读写锁（Read-Write Lock）是一个非常有用的工具，可以帮助我们实现高并发服务器开发。

**3.11读写锁**

读写锁是一种特殊类型的锁，它允许多个线程同时读取共享资源，而在写入共享资源时，只允许一个线程持有锁。这种机制可以大大提高系统的吞吐量和性能。

**3.11.1读写锁的实现**

在Linux下，读写锁通常使用`futex`（Fast Userspace Locking）来实现。`futex`是一种用户态上的锁，它允许多个线程同时访问共享资源，而不需要陷入内核。

以下是使用`futex`实现读写锁的示例代码：

c#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>

//读写锁结构体typedef struct {
 pthread_mutex_t mutex; //互斥锁 int read_count; //读取次数 int write_count; // 写入次数} rwlock_t;

// 初始化读写锁void init_rwlock(rwlock_t *rw) {
 pthread_mutex_init(&rw->mutex, NULL);
 rw->read_count =0;
 rw->write_count =0;
}

// 加锁（读取）
int lock_read(rwlock_t *rw) {
 int ret =0;

 // 尝试获取读写锁 if (pthread_mutex_trylock(&rw->mutex) ==0) {
 // 如果成功获取锁，则增加读取次数 rw->read_count++;
 ret =1;
 }

 return ret;
}

// 解锁（读取）
void unlock_read(rwlock_t *rw) {
 // 减少读取次数 rw->read_count--;

 // 如果读取次数为0，则释放读写锁 if (rw->read_count ==0 && pthread_mutex_unlock(&rw->mutex) !=0) {
 perror("pthread_mutex_unlock");
 exit(1);
 }
}

// 加锁（写入）
int lock_write(rwlock_t *rw) {
 int ret =0;

 // 尝试获取读写锁 if (pthread_mutex_trylock(&rw->mutex) ==0) {
 // 如果成功获取锁，则增加写入次数 rw->write_count++;
 ret =1;
 }

 return ret;
}

// 解锁（写入）
void unlock_write(rwlock_t *rw) {
 // 减少写入次数 rw->write_count--;

 // 如果写入次数为0，则释放读写锁 if (rw->write_count ==0 && pthread_mutex_unlock(&rw->mutex) !=0) {
 perror("pthread_mutex_unlock");
 exit(1);
 }
}

在上面的示例代码中，我们定义了一个`rwlock_t`结构体来存储读写锁的状态。我们使用`pthread_mutex_init`函数初始化互斥锁，并将读取次数和写入次数设置为0。

`lock_read`函数尝试获取读写锁，如果成功，则增加读取次数。如果失败，则返回0。

`unlock_read`函数减少读取次数，如果读取次数为0，则释放读写锁。

`lock_write`函数尝试获取读写锁，如果成功，则增加写入次数。如果失败，则返回0。

`unlock_write`函数减少写入次数，如果写入次数为0，则释放读写锁。

**3.11.2读写锁的使用**

在高并发服务器开发中，我们可以使用读写锁来保护共享资源。例如，在一个多线程的计算任务中，我们可以使用读写锁来保护结果数据。

以下是使用读写锁的示例代码：

c#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>

//读写锁结构体typedef struct {
 rwlock_t *rw; //读写锁指针} shared_data_t;

// 初始化共享数据void init_shared_data(shared_data_t *data) {
 data->rw = malloc(sizeof(rwlock_t));
 init_rwlock(data->rw);
}

// 加载结果数据int load_result(shared_data_t *data, int result) {
 int ret =0;

 // 尝试获取读写锁 if (lock_read(data->rw)) {
 // 如果成功获取锁，则设置结果数据 data->result = result;
 ret =1;
 }

 return ret;
}

// 获取结果数据int get_result(shared_data_t *data) {
 int ret =0;

 // 尝试获取读写锁 if (lock_read(data->rw)) {
 // 如果成功获取锁，则返回结果数据 ret = data->result;
 unlock_read(data->rw);
 }

 return ret;
}

// 更新结果数据int update_result(shared_data_t *data, int result) {
 int ret =0;

 // 尝试获取读写锁 if (lock_write(data->rw)) {
 // 如果成功获取锁，则设置结果数据 data->result = result;
 unlock_write(data->rw);
 ret =1;
 }

 return ret;
}

在上面的示例代码中，我们定义了一个`shared_data_t`结构体来存储共享数据。我们使用读写锁保护结果数据。

`load_result`函数尝试获取读写锁，如果成功，则设置结果数据。如果失败，则返回0。

`get_result`函数尝试获取读写锁，如果成功，则返回结果数据。如果失败，则返回0。

`update_result`函数尝试获取读写锁，如果成功，则更新结果数据。如果失败，则返回0。

**总结**

在本章中，我们学习了如何使用读写锁来保护共享资源。在高并发服务器开发中，读写锁是一个非常有用的工具，可以帮助我们实现高性能和吞吐量。我们可以使用读写锁来保护结果数据、更新状态等共享资源。

**参考**

* 《Linux内核设计与实现》第5章* 《高性能计算机系统设计》第6章