面试题：C语言多线程中互斥锁的使用

Question

在Linux环境下，用C语言编写一个简单的多线程程序，至少包含两个线程。一个线程负责向共享数组中写入数据，另一个线程负责从共享数组中读取数据。要求使用互斥锁来保证数据访问的一致性，描述清楚互斥锁的初始化、加锁、解锁过程。

Answer 1

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

#define ARRAY_SIZE 5

int sharedArray[ARRAY_SIZE];
pthread_mutex_t mutex;

void* writeThread(void* arg) {
    for (int i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        sharedArray[i] = i;
        printf("Write thread: Wrote %d to sharedArray[%d]\n", i, i);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sleep(1);
    }
    return NULL;
}

void* readThread(void* arg) {
    for (int i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        printf("Read thread: Read %d from sharedArray[%d]\n", sharedArray[i], i);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sleep(1);
    }
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t writeTid, readTid;

    // 初始化互斥锁
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);

    // 创建写线程
    if (pthread_create(&writeTid, NULL, writeThread, NULL) != 0) {
        printf("\n ERROR creating thread");
        return 1;
    }

    // 创建读线程
    if (pthread_create(&readTid, NULL, readThread, NULL) != 0) {
        printf("\n ERROR creating thread");
        return 1;
    }

    // 等待写线程结束
    if (pthread_join(writeTid, NULL) != 0) {
        printf("\n ERROR joining thread");
        return 2;
    }

    // 等待读线程结束
    if (pthread_join(readTid, NULL) != 0) {
        printf("\n ERROR joining thread");
        return 2;
    }

    // 销毁互斥锁
    pthread_mutex_destroy(&mutex);

    return 0;
}

1. 互斥锁初始化：
   • 在main函数中，使用pthread_mutex_init(&mutex, NULL);来初始化互斥锁mutex。NULL表示使用默认的互斥锁属性。
2. 加锁：
   • 在写线程writeThread和读线程readThread中，在访问共享数组sharedArray之前，使用pthread_mutex_lock(&mutex);来加锁，以防止其他线程同时访问共享数组，保证数据访问的一致性。
3. 解锁：
   • 在写线程和读线程访问完共享数组之后，使用pthread_mutex_unlock(&mutex);来解锁，允许其他线程获取锁并访问共享数组。
4. 线程创建与等待：
   • 使用pthread_create函数分别创建写线程和读线程。
   • 使用pthread_join函数等待两个线程执行完毕。
5. 互斥锁销毁：
   • 在程序结束前，使用pthread_mutex_destroy(&mutex);来销毁互斥锁，释放相关资源。