以Linux下的测试程序说明递归型互斥量和普通互斥量的区别

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先贴代码和测试结果

// Mutex.h: 对pthread的互斥量的RAII包装
#ifndef _MUTEX_H_
#define _MUTEX_H_#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>// 使用错误码errnum和字符串msg来打印错误信息, 并且退出程序
static inline void errExitEN(int errnum, const char* msg)
{
fprintf(stderr, "%s Error: %s\n", msg, strerror(errnum));
exit();
}class Mutex
{
public:
explicit Mutex()
{
int s;
pthread_mutexattr_t attr;
s = pthread_mutexattr_init(&attr);
if (s != )
errExitEN(s, "pthread_mutexattr_init");
s = pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_DEFAULT);
#ifdef ERRORCHECK
s = pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK);
#elif RECURSIVE
s = pthread_mutexattr_settype(&attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);
#endif
if (s != )
errExitEN(s, "pthread_mutexattr_settype"); pthread_mutex_init(&__mtx, &attr);
if (s != )
errExitEN(s, "pthread_mutex_init"); s = pthread_mutexattr_destroy(&attr);
if (s != )
errExitEN(s, "pthread_mutexattr_destroy");
} virtual ~Mutex()
{
int s = pthread_mutex_destroy(&__mtx);
if (s != )
errExitEN(s, "pthread_mutex_destroy");
} void lock()
{
int s = pthread_mutex_lock(&__mtx);
if (s != )
errExitEN(s, "pthread_mutex_lock");
} void unlock()
{
int s = pthread_mutex_unlock(&__mtx);
if (s != )
errExitEN(s, "pthread_mutex_unlock");
}
private:
pthread_mutex_t __mtx;
};#endif

// MutexTest.cpp: Mutex类对于重复获取同一把锁的测试
#include "Mutex.h"
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <array>Mutex mtx;
std::array<int, > g_array;// 将g_array[index]左边的元素自增(使用互斥量来保护)
void incrLeftWithMutex(int index)
{
mtx.lock();
for (int i = ; i < index; i++)
g_array[i]++;
mtx.unlock();
}// 将g_array[index]右边的元素自增(使用互斥量来保护)
void incrRightWithMutex(int index)
{
mtx.lock();
for (int i = index + ; i < (int) g_array.size(); i++)
g_array[i]++;
mtx.unlock();
}// 将g_array[index]以外的元素自增
void incrOtherItem(int index)
{
mtx.lock();
incrLeftWithMutex(index);
incrRightWithMutex(index);
mtx.unlock();
}int main()
{
g_array.fill();
incrOtherItem(); for (int i : g_array)
printf("%d ", i);
printf("\n");
return ;
}

$ g++ MutexTest.cpp -std=c++ -pthread
$ time ./a.out
^C
real 0m3.973s
user 0m0.004s
sys 0m0.000s$ g++ MutexTest.cpp -std=c++ -pthread -DERRORCHECK
$ ./a.out
pthread_mutex_lock Error: Resource deadlock avoided
pthread_mutex_destroy Error: Device or resource busy
$ g++ MutexTest.cpp -std=c++ -pthread -DRECURSIVE
$ ./a.out

不额外定义宏则使用默认的互斥量（锁），定义宏ERRORCHECK则锁自带错误检查，定义宏RECURSIVE则代表递归锁。

主线程中调用了incrOtherItem函数，该函数先获取（acquire）锁mtx，然后调用另外2个函数后释放（release）锁mtx。

实验结果显示默认锁陷入了死锁，错误检查的结果是resource deadlock avoided（即陷入了死锁），而递归锁则成功执行了下去。

因为向一把已经被获取的锁申请上锁时，线程会阻塞一直到已获取锁的一方将锁释放。所以若线程已经获取了锁A而未释放，当它再次获取锁A时会陷入死锁，因为此线程会阻塞直到锁A被释放，然后只有拥有锁的线程（也就是它自己）才能释放锁，而线程自己处于阻塞中，所以永远处于阻塞状态。

递归锁就是为了解决这种状况，从incrOtherItem的函数定义看起来代码没任何问题，但是incrLeftWithMutex和incrRightWithMutex函数试图获取了同一把锁，这样相当于未释放锁就再次获取同一把锁。

递归锁会在内部维护一个计数器，当线程第1次获取互斥量时，计数器置为1，之后该线程可以在此获取同一把锁，每次获取锁计数器加1，每次释放锁计数器减1。由于此时其他线程无法获取锁，所以只要保证该线程的执行过程是可重入的，代码就没问题。

由于这种情况往往是函数递归调用时才出现的，比如

函数1：上锁，调用函数2，解锁。

函数2：上锁……解锁

函数1的过程就变成了：上锁，函数1的内容（第一部分），上锁，函数2的内容，解锁，函数1的内容（第二部分），解锁。

如果函数1的内容是不可重入的，而函数2修改了函数1的操作对象，那么这里就会出问题。

比如。函数1是想获取全局int数组（设为int a[4] = { 1,2,3,4 } ）的总和，第一部分是求前半部分的和，第二部分是求后半部分的和。