POSIX互斥锁（Mutex Lock）、POSIX读写锁（read-write lock）、POSIX信号量（semaphore）和POSIX条件变量（condition variable）。以上几种同步机制的主要用途和区别。

封面图 • 2025-12-06 • Linux

POSIX（Portable Operating System Interface）提供了多种线程同步机制，用于在多线程环境中协调线程的执行，防止数据竞争和不一致。以下是 **POSIX互斥锁（Mutex Lock）**、**POSIX读写锁（Read-Write Lock）**、**POSIX信号量（Semaphore）** 和 **POSIX条件变量（Condition Variable）** 的主要用途和区别：

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## 1. **POSIX 互斥锁（Mutex Lock）**

### ✅ 主要用途：
- 保护共享资源，确保同一时间只有一个线程可以访问该资源。
- 防止多个线程同时修改共享数据，从而避免数据竞争（data race）。

### 📌 特点：
- 互斥锁是“二元”状态：锁定或未锁定。
- 线程调用 `pthread_mutex_lock()` 获取锁，调用 `pthread_mutex_unlock()` 释放锁。
- 如果锁已被占用，调用 `pthread_mutex_lock()` 的线程会阻塞，直到锁被释放。

### ⚠️ 注意事项：
- 使用不当可能导致死锁（deadlock），例如线程 A 持有锁1并等待锁2，而线程 B 持有锁2并等待锁1。
- 通常用于保护简单的共享变量或结构体。

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## 2. **POSIX 读写锁（Read-Write Lock）**

### ✅ 主要用途：
- 允许多个线程同时读取共享资源，但只允许一个线程写入资源。
- 适用于读多写少的场景，提高并发性能。

### 📌 特点：
- 读写锁有三种状态：**读锁（read lock）**、**写锁（write lock）**、**无锁**。
- 多个线程可以同时持有读锁，但只能有一个线程持有写锁。
- 读锁是“共享”的，写锁是“独占”的。

### 📦 函数：
- `pthread_rwlock_rdlock()`：获取读锁
- `pthread_rwlock_wrlock()`：获取写锁
- `pthread_rwlock_unlock()`：释放锁

### ⚠️ 注意事项：
- 写锁比读锁优先级高，可能造成饥饿问题。
- 适用于读多写少的场景，如缓存系统、数据库查询等。

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## 3. **POSIX 信号量（Semaphore）**

### ✅ 主要用途：
- 控制对共享资源的访问，也可以用于线程间通信或进程间同步。
- 信号量是一个计数器，表示可用资源的数量。

### 📌 特点：
- 信号量可以是**二进制信号量**（类似互斥锁）或**计数型信号量**（允许多个线程同时访问）。
- 通过 `sem_wait()`（相当于“获取”）和 `sem_post()`（相当于“释放”）操作信号量。

### 📦 函数：
- `sem_init()`：初始化信号量
- `sem_wait()`：等待信号量变为非零
- `sem_post()`：增加信号量的值
- `sem_destroy()`：销毁信号量

### ⚠️ 注意事项：
- 信号量可以用于跨进程同步（通过共享内存）。
- 与互斥锁不同，信号量更灵活，但使用不当也可能导致死锁。

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## 4. **POSIX 条件变量（Condition Variable）**

### ✅ 主要用途：
- 在某个条件满足时唤醒等待的线程。
- 通常与互斥锁一起使用，用于线程间的协作。

### 📌 特点：
- 条件变量本身不能单独使用，必须配合互斥锁使用。
- 线程调用 `pthread_cond_wait()` 会释放锁并进入等待状态，直到其他线程调用 `pthread_cond_signal()` 或 `pthread_cond_broadcast()` 唤醒它。

### 📦 函数：
- `pthread_cond_init()`：初始化条件变量
- `pthread_cond_wait()`：等待条件满足
- `pthread_cond_signal()`：唤醒一个等待的线程
- `pthread_cond_broadcast()`：唤醒所有等待的线程
- `pthread_cond_destroy()`：销毁条件变量

### ⚠️ 注意事项：
- 条件变量通常用于线程之间的“事件通知”，比如缓冲区满/空、任务队列变化等。
- 必须在互斥锁保护下使用，以避免竞态条件。

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## 🔍 总结对比表

| 同步机制       | 是否支持多读？ | 是否支持多写？ | 是否需要配合其他机制？ | 适用场景                     |
|----------------|----------------|----------------|--------------------------|------------------------------|
| 互斥锁（Mutex） | ❌             | ❌             | ❌                       | 保护单一共享资源             |
| 读写锁（RWLock）| ✅             | ❌             | ✅（需配合互斥锁）       | 读多写少的共享资源           |
| 信号量（Semaphore）| ❌（二进制） | ❌（二进制）   | ❌                       | 资源计数、线程/进程间同步    |
| 条件变量（CV）  | ❌             | ❌             | ✅（需配合 Mutex）       | 线程间事件通知、等待条件     |

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## ✅ 推荐使用场景

- **互斥锁**：保护共享变量（如计数器、链表等）
- **读写锁**：数据库查询、缓存读取等读多写少场景
- **信号量**：控制资源数量（如连接池、生产者-消费者模型）
- **条件变量**：等待特定条件成立（如缓冲区非空、任务队列有任务）

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如有具体使用场景或代码示例需求，我也可以进一步提供帮助！