C语言互斥锁详解（多线程编程中的线程同步与数据保护指南）

什么是互斥锁？

互斥锁（Mutex，全称 Mutual Exclusion）是一种同步原语，用于确保同一时间只有一个线程可以访问共享资源。当一个线程获得互斥锁后，其他试图获取该锁的线程将被阻塞，直到持有锁的线程释放它。

C语言中如何使用互斥锁？

在Linux/Unix系统中，C语言通常通过POSIX线程库（pthread）来实现多线程和互斥锁。你需要包含头文件 <pthread.h> 并链接 -lpthread 库。

1. 声明和初始化互斥锁

#include <pthread.h>pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; // 静态初始化// 或者动态初始化// pthread_mutex_t mutex;// pthread_mutex_init(&mutex, NULL);

2. 加锁与解锁

在访问共享资源前加锁，访问完成后立即解锁：

pthread_mutex_lock(&mutex);   // 尝试获取锁，若已被占用则阻塞// 访问共享资源（例如修改全局变量）global_counter++;pthread_mutex_unlock(&mutex); // 释放锁

3. 销毁互斥锁（可选）

pthread_mutex_destroy(&mutex);

完整示例：两个线程安全地累加计数器

下面是一个完整的C程序，演示如何使用C语言互斥锁保护一个全局计数器，避免数据竞争：

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <pthread.h>int global_counter = 0;pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;void* increment_counter(void* arg) {    for (int i = 0; i < 100000; i++) {        pthread_mutex_lock(&mutex);        global_counter++;  // 临界区        pthread_mutex_unlock(&mutex);    }    return NULL;}int main() {    pthread_t thread1, thread2;    // 创建两个线程    pthread_create(&thread1, NULL, increment_counter, NULL);    pthread_create(&thread2, NULL, increment_counter, NULL);    // 等待线程结束    pthread_join(thread1, NULL);    pthread_join(thread2, NULL);    printf("Final counter value: %d\n", global_counter);    // 销毁互斥锁    pthread_mutex_destroy(&mutex);    return 0;}

编译命令：

gcc -o mutex_example mutex_example.c -lpthread

运行结果应为 200000。如果没有使用互斥锁，结果通常会小于这个值，因为发生了数据竞争。

常见错误与注意事项

• 忘记解锁：可能导致死锁（Deadlock），其他线程永远无法获取锁。
• 重复解锁：对未加锁的互斥锁调用 pthread_mutex_unlock() 是未定义行为。
• 性能开销：频繁加锁/解锁会影响性能，应尽量缩小临界区范围。
• 互斥锁不能跨进程使用（除非使用进程共享属性），仅适用于同一进程内的多线程同步。

总结

通过本文，你已经掌握了在C语言中使用pthread互斥锁的基本方法。互斥锁是保证C语言线程安全的核心工具之一。记住：任何对共享资源的写操作都必须放在临界区内，并用互斥锁保护。

希望这篇教程能帮助你理解并正确使用C语言互斥锁。如果你正在学习多线程编程，建议多动手实践，加深理解！