面试题：C语言中Linux互斥锁性能优化与替代方案

优化Linux互斥锁性能瓶颈的措施

减少锁粒度：
- 原理：将大的临界区划分成多个小的临界区，每个小临界区使用单独的锁进行保护。这样不同的线程可以同时访问不同的临界区，提高并发度。
- 示例：假设原来有一个函数处理多个资源，对整个函数加锁。

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

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
int resource1 = 0;
int resource2 = 0;

// 原函数，整个函数加锁
void old_function() {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    // 处理resource1和resource2
    resource1++;
    resource2++;
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
}

// 优化后，分别对不同资源加锁
pthread_mutex_t mutex1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_t mutex2 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
void new_function() {
    pthread_mutex_lock(&mutex1);
    resource1++;
    pthread_mutex_unlock(&mutex1);

    pthread_mutex_lock(&mutex2);
    resource2++;
    pthread_mutex_unlock(&mutex2);
}

读写锁的使用：
- 原理：如果临界区主要是读操作，使用读写锁（pthread_rwlock）可以允许多个线程同时读，只有写操作时才需要独占锁。读操作之间不互斥，提高了并发读的性能。
- 示例：

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

pthread_rwlock_t rwlock = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;
int shared_data = 0;

// 读线程函数
void* read_thread(void* arg) {
    pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
    printf("Read data: %d\n", shared_data);
    pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
    return NULL;
}

// 写线程函数
void* write_thread(void* arg) {
    pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
    shared_data++;
    printf("Write data: %d\n", shared_data);
    pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
    return NULL;
}

可替代互斥锁的同步机制

信号量（Semaphore）：
- 适用场景：适用于需要控制并发访问数量的场景，例如连接池的管理，控制同时连接的最大数量。
- 优势：可以灵活控制同时进入临界区的线程数量，比互斥锁更具灵活性。
- 示例：

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

sem_t semaphore;
int shared_resource = 0;

// 线程函数
void* thread_function(void* arg) {
    sem_wait(&semaphore);
    shared_resource++;
    printf("Thread incremented shared resource: %d\n", shared_resource);
    sem_post(&semaphore);
    return NULL;
}

条件变量（Condition Variable）：
- 适用场景：用于线程间的同步，当某个条件满足时，通知等待的线程。常用于生产者 - 消费者模型。
- 优势：可以避免线程不必要的循环等待，节省CPU资源。
- 示例：

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

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
int data_ready = 0;
int shared_data = 0;

// 生产者线程函数
void* producer(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    shared_data = 42;
    data_ready = 1;
    pthread_cond_signal(&cond);
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return NULL;
}

// 消费者线程函数
void* consumer(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    while (!data_ready) {
        pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
    }
    printf("Consumed data: %d\n", shared_data);
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return NULL;
}

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优化Linux互斥锁性能瓶颈的措施

可替代互斥锁的同步机制