我經(jīng)常在快餐廳吃飯，可以自己加飯的那種，店里有好些服務(wù)器專門負(fù)責(zé)收掉已就餐完畢的客人的餐具。但是由于客人離開座位去加飯，導(dǎo)致服務(wù)員誤收餐具的情況。所以我每次去加飯前，都會把自己的眼鏡放在菜碟旁邊，表示我還需要繼續(xù)用餐，你不要收走我的餐具_(dá)。

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鎖與同步機(jī)制

其實上面的例子就是用來說明計算機(jī)程序中鎖是什么東東的一個很好的例子。模塊A和模塊B在某一個時刻都需要操作數(shù)據(jù)C，那么他們必須要以一種正確的方式來操作C，才能保證C不會出問題；這里的模塊A相當(dāng)于餐廳就餐中的客人，而模塊B可以看作服務(wù)員，數(shù)據(jù)C就相當(dāng)于要收拾的餐具。要保證收盤子不會出問題，我們需要一種機(jī)制——同步機(jī)制D，放置眼鏡這個事實，來使得客人和服務(wù)員正確的使用盤子，也就是正確的操作數(shù)據(jù)C同步機(jī)制是計算機(jī)編程里一個概念。我們說的“鎖”，可以是這個同步機(jī)制的別稱，也可以是實現(xiàn)同步機(jī)制的實體名稱，比如讀寫鎖和文件鎖。除了這些帶”鎖“結(jié)尾的實體，還有比如互斥量，信號，信號量，描述符IO都可以實現(xiàn)這種機(jī)制。這里的概念有些混亂，我表達(dá)得也不是很好，請大家多體會一下實體和概念的定義，這里“鎖 ”的兩個定義，就像價值和價格一樣。

鎖的本質(zhì)

鎖是同步機(jī)制的實現(xiàn)，其本質(zhì)是狀態(tài)機(jī)，只有狀態(tài)機(jī)在正確的狀態(tài)上才能操作數(shù)據(jù)，否則就等待。下面用我們要實現(xiàn)的原子鎖模擬上鎖與解鎖的過程。模塊A與模塊B同時操作數(shù)據(jù)C，并使用原子鎖D進(jìn)行同步，設(shè)原子鎖的狀態(tài)機(jī)未鎖定狀態(tài)為0，已鎖定狀態(tài)為1，且初始狀態(tài)為0，假設(shè)時序為模塊A先通過操作鎖發(fā)起操作數(shù)據(jù)C的請求。整個操作過程的時序用以下的表格表示

時序

模塊A操作

模塊B操作

原子鎖D狀態(tài)

數(shù)據(jù)C所屬

開始

nil

nil

0

nil

A優(yōu)先B改變D的狀態(tài)

while(1){

/*it will run this code

and then break loop*/

if(D.stat==0) D.stat = 1;

if (D.stat==1) break;

}

do other something

turn stat from 0 to 1

Critical state

A操作C，B等待A再次復(fù)位D的狀態(tài)

do something to data C

while(1){

/*it will always in loop

until D's stat turn from 1 to 0*/

if(D.stat==0) D.stat = 1;

if (D.stat==1) break;

}

1

model A

A復(fù)位D的狀態(tài)，B將要退出循環(huán)

D.stat = 0

while(1){/*it will break loop*/}

turn stat from 1 to 0

Critical state

B改變D的狀態(tài)

do other something

if(D.stat==0) D.stat = 1

turn stat from 0 to 1

Critical state

B操作

do other something

do something to data C

1

model B

B復(fù)位D的狀態(tài)

do other something

D.stat = 0

turn stat from 1 to 0

Critical state

結(jié)束

nil

nil

0

nil

模塊AB為了安全的操作數(shù)據(jù)C都會先改變原子鎖D的狀態(tài)，如果D的狀態(tài)不符合要求就等待直到條件允許，在成功改變D的狀態(tài)后，才操作數(shù)據(jù)C，操作完畢后復(fù)位D的狀態(tài)到改變前，至此流程結(jié)束。模塊AB共同準(zhǔn)守通過鎖D對數(shù)據(jù)C進(jìn)行操作的流程規(guī)范就是一種同步機(jī)制，鎖是實現(xiàn)這個機(jī)制的手段(媒介)。任何模塊在操作數(shù)據(jù)時，只有大家都準(zhǔn)守這個同步機(jī)制，數(shù)據(jù)才不會發(fā)生混亂，否則數(shù)據(jù)就會出現(xiàn)一致性錯誤。比如還是以餐廳就餐的問題做比喻，如果我用眼鏡提示服務(wù)員不要收走我的餐具，但是他對這個嗤之以鼻，他還是可以收走我的餐具，我對此卻毫無辦法。

為何會發(fā)生同步問題

其主要原因就是需要“同時”操作數(shù)據(jù)。從就餐問題可以看出，如果服務(wù)員收盤子和我去加飯不是同時發(fā)生，就不會出現(xiàn)誤收餐具的事情，當(dāng)然不排除服務(wù)員因為不滿意老板發(fā)的薪水，故意當(dāng)客人的面就把餐具沒收的情況。所以如果不是多線程程序，絕大多數(shù)都不需要同步機(jī)制的，但不排除信號中斷也會在單進(jìn)程產(chǎn)生同步問題，還有協(xié)程機(jī)制也會，雖然他不是絕對定義上的同時操作，后面的文章會一一舉例這些情況。

臨界點

當(dāng)操作者開始改變數(shù)據(jù)的那一個時間點，就是臨界點。如果有多個操作者在這個點操作數(shù)據(jù)，那么這就可能會發(fā)生數(shù)據(jù)一致性錯誤，那么這個零界點就是需要保護(hù)的臨界點。在餐廳問題中，我離開打飯，而服務(wù)員要收走餐具，他做出這個動作時就產(chǎn)生了零界點，如果他只是過來看一看，這個動作不算，因為他沒有對我的就餐產(chǎn)生影響。

臨界區(qū)

任何可能產(chǎn)生臨界點的區(qū)域就是臨界區(qū)，鎖需要保護(hù)的是整個臨界區(qū)。因為服務(wù)員是在餐廳來回走動，如果他發(fā)現(xiàn)某位置上已是杯盤狼藉，沒有客人且也沒有任何提示，所以從客人離開桌子和服務(wù)員的視線直到回到座位上之前，他都有可能會來收取餐具，所以我在離開時，放置眼鏡以作提示，直到我再次回到座位上。這段時間就是一個臨界區(qū)，我們需要上鎖保護(hù)的是這段時間，而非一點。

總結(jié)

同步機(jī)制是為了保護(hù)數(shù)據(jù)的一致性。

通常所說的“加鎖”其實指的是采用同步機(jī)制，該處的鎖是概念上的。

通常所說的鎖是一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上的實體，也是實現(xiàn)同步機(jī)制的一種手段，但非唯一手段。

因為會臨界點和臨界區(qū)所以才會需要同步機(jī)制，如果多個操作者不會修改數(shù)據(jù)，那么就不要同步。

這里的就餐問題和同步機(jī)制在概念上是說得通的，但不能等同鎖的使用。 ?

這里的表格只是僅僅為簡單的說明時序，并沒有表達(dá)原子操作和真正的實現(xiàn)。

[原子操作]:http://www.jianshu.com/p/cb7b726e943c ?

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的c语言中锁的作用,C语言实现原子锁（二）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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