基于互斥锁【1】的读写锁【2】封装实现：Scheme【4】 语言实战
在并发编程【5】中，读写锁（Reader-Writer Lock）是一种常用的同步机制，它允许多个线程同时读取共享资源，但在写入时需要独占访问。这种锁机制可以提高程序的并发性能，特别是在读多写少的场景中。本文将使用 Scheme 语言实现一个基于互斥锁的读写锁，并通过实际代码展示其工作原理。
Scheme 语言简介
Scheme 是一种函数式编程语言，它起源于 Lisp 语言。Scheme 语言以其简洁、灵活和强大的表达能力而著称。在并发编程领域，Scheme 语言同样表现出色，它提供了丰富的控制结构【6】和数据结构【7】，使得实现复杂的同步机制成为可能。
读写锁的基本原理
读写锁的核心思想是允许多个线程同时读取资源，但在写入时需要独占访问。以下是读写锁的基本原理：
1. 读锁【8】：当线程请求读取资源时，如果此时没有线程正在写入，则该线程可以获取读锁并读取资源。如果有线程正在写入，则请求读取的线程将被阻塞，直到写入完成。
2. 写锁：当线程请求写入资源时，它必须先获取写锁。如果此时有其他线程正在读取或写入，则请求写入的线程将被阻塞，直到所有线程释放锁。
读写锁通常使用两个互斥锁来实现：一个用于写锁，另一个用于读锁。写锁是独占的，而读锁是共享的。
Scheme 语言中的互斥锁
在 Scheme 语言中，我们可以使用 `mp:make-recursive-mutex【9】` 函数创建一个互斥锁。互斥锁是一个对象，它提供了 `mp:lock【10】` 和 `mp:unlock【11】` 方法来控制对共享资源的访问。
实现读写锁
下面是一个基于互斥锁的读写锁的 Scheme 语言实现：
scheme
(define (make-rcwlock)
(let ((read-count 0)
(readers-waiting 0)
(writers-waiting 0)
(write-lock (mp:make-recursive-mutex))
(read-lock (mp:make-recursive-mutex)))
(lambda (read-op write-op)
(case read-op
('read
(mp:with-lock-held ((mp:make-recursive-mutex))
(begin
(inc! readers-waiting)
(mp:unlock read-lock)
(inc! read-count)
(mp:lock read-lock)
(dec! readers-waiting)
'ok)))
('write
(mp:with-lock-held ((mp:make-recursive-mutex))
(begin
(inc! writers-waiting)
(mp:unlock write-lock)
(mp:lock write-lock)
(dec! writers-waiting)
'ok))))))
(define rcwlock (make-rcwlock))
(define (read rcwlock)
(rcwlock 'read))
(define (write rcwlock)
(rcwlock 'write))
代码解析
1. `make-rcwlock` 函数创建一个读写锁【3】对象。它初始化了读计数器、等待读取的线程数、等待写入的线程数、写锁和读锁。
2. `read-op` 和 `write-op` 是读写锁的两种操作。在 `read-op` 中，我们首先增加等待读取的线程数，然后释放读锁，增加读计数器，最后重新获取读锁并减少等待读取的线程数。在 `write-op` 中，我们首先增加等待写入的线程数，然后释放写锁，获取写锁，最后减少等待写入的线程数。
3. `read` 和 `write` 函数分别用于获取读锁和写锁。
测试读写锁
为了验证读写锁的正确性，我们可以编写一些测试代码：
scheme
(define (test-rcwlock)
(let ((threads (list)))
(for ((i 0) (limit 10))
(let ((thread (thread (lambda () (while (< i limit) (read rcwlock) (inc! i)))))
(set! (car threads) thread)
(inc! i)))
(for ((i 0) (limit 5))
(let ((thread (thread (lambda () (while (< i limit) (write rcwlock) (inc! i)))))
(set! (car threads) thread)
(inc! i)))
(for-each (lambda (thread) (thread-cancel thread)) threads)))
(test-rcwlock)
测试代码解析
1. `test-rcwlock` 函数创建多个线程，其中一些用于读取，一些用于写入。
2. 使用 `thread【12】` 函数创建线程，并使用 `thread-cancel【13】` 函数取消线程。
总结
本文使用 Scheme 语言实现了一个基于互斥锁的读写锁。读写锁是一种高效的同步机制，适用于读多写少的场景。通过本文的示例，我们可以看到如何使用 Scheme 语言实现复杂的同步机制，并验证其正确性。
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