Android中线程同步之Mutex与Condtion的用法

田海立
2013-08-10

Android封装的同步类主要有MUTEX（AutoMutex）与Condition。本文分析如何使用他们，具体的实现参见《 Android中线程同步之MUTEX与Condtion的实现》与《 pthread之MUTEX与Condition用法》。
Keywords: Mutex, Condition Variable, AutoLock/AutoMutex, Android
关键字：互斥体、条件变量、自动锁/自动互斥体、Android

一、MUTEX

看MUTEX的外部接口定义（声明在frameworks/native/include/utils/Mutex.h中）
<图1 TODO>

1.1 构造/析构

Mutex();Mutex(const char* name);Mutex(int type, const char* name = NULL);~Mutex();

构造函数的区别在于参数：
- name 是为MUTEX指定名字，如不指定，缺省是NULL；
- type 是指定MUTEX的类型，有

    enum {        PRIVATE = 0,        SHARED = 1    };

两种类型：PRIVATE是进程内部使用的；SHARED是适用于跨进程共享的。
如不指定，缺省是PRIVATE的类型。

1.2 功能函数

MUTEX有下面三个主要的功能函数：

    status_t    lock();    void        unlock();    status_t    tryLock();

lock() 获取锁。如果获取就返回，否则挂起等待；
unlock() 释放锁；
tryLock() 如果当前锁可被获取（未被别的线程获取）就lock，否则也直接返回。返回值：0代表成功；其它值失败。与lock()的区别在于不论成功与否都会及时返回，而不是挂起等待。

线程在进入MUTEX保护的临界区之前通过lock()获取锁，获取锁之后可以执行临界区内的代码，退出临界区之后通过unlock释放锁。
某一时刻临界区内至多只有一个线程在执行，如果已有线程T1在执行，要进入临界区的其它线程T2在执行lock()之后就会被挂起等待；直到线程T1释放掉锁之后，线程T2才能获得锁进入临界区执行。

lock()/unlock()必须配合使用，tryLock()则要根据执行的结果有无获得锁而选择是否unlock()。

1.3 典型场景

m_mutex.lock();// CRITICAL AREA，需要保护的内容m_mutex.unlock();

二、Condition

看Condition的外部接口定义（声明在frameworks/native/include/utils/Condition.h中）
<图2 TODO>

2.1 构造/析构

    Condition();    Condition(int type);    ~Condition();

构造函数的区别在于type参数：
- type 是指定Condition的类型，有

    enum {        PRIVATE = 0,        SHARED = 1    };

两种类型：PRIVATE是进程内部使用的；SHARED是适用于跨进程共享的。
如不指定，缺省是PRIVATE的类型。

2.2 功能函数

Condition有下面四个主要的功能函数：

    status_t wait(Mutex& mutex);    status_t waitRelative(Mutex& mutex, nsecs_t reltime);    void signal();    void broadcast();

wait() 等待条件变量（Condition Variable）
Mutex作为参数，调用该函数之前该MUTEX必须已经被lock住。
执行该函数，会unlock该MUTEX，并等待条件变量。如果不能获得该条件变量，就被挂起等待；获得了该条件变量，就重新lock住MUTEX并返回。而这些操作都是原子操作的。
该函数执行之后，Mutex被重新lock住，所以执行函数之后，必须有Mutex的unlock操作。
waitRelative()与和wait()的区别是，会有一个等待超时时间，到了时间没有获得该条件变量也会返回，可通过返回值判断结果。
signal()和broadcast() 触发条件变量（Condition Variable）
signal()和broadcast() 的区别是，signal()只允许等待该条件变量的一个线程获得；broadcast()允许等待该条件变量的所有线程获得并继续执行。
signal()和broadcast() 执行之前也必须lock住Mutex，执行之后unlock Mutex。

2.3 典型场景

线程T1的执行：

m_mutex.lock();   m_cond.wait(m_mutex);   m_mutex.unlock();

线程T1通过条件变量在等待某个条件的满足。

线程T2执行：

m_mutex.lock();   m_cond.signal();   m_mutex.unlock();

线程T2在满足条件之后，通过条件变量通知条件满足。

三、Autolock/AutoMutex

Autolock是为了简化Mutex的使用而定义的，它也定义在frameworks/native/include/utils/Mutex.h中，封装了Mutex，并利用c++的构造与析构机制。

        Autolock(Mutex& mutex);        Autolock(Mutex* mutex);        ~Autolock();

用法很简单，定义一个局部临时的AutoMutex变量，在该变量定义的地方，构造函数被自动调用，会执行Mutex的lock()操作；在该变量作用域结束的地方，析构函数会被自动调用，会执行Mutex的unlock操作。
所以，可以在需要Mutex保护的区域开始的地方定义一个AutoMutex变量即可，即可实现用Mutex对该区域的保护。

四、总结

本文简要介绍了Android中常用的同步机制Mutex(AutoMutex)、Condition的使用。后续文章（《 Android中线程同步之MUTEX与Condtion的实现》与《 pthread之MUTEX与Condition用法》）看它们是如何实现的。