鸿蒙南向开发教程 Day 7：互斥锁（Mutex）

目标：掌握 OpenHarmony 轻量系统的互斥锁 API，实现多线程共享资源的互斥访问
前置条件：已完成 Day 6 的事件标志组教程

一、工程结构

app/ ├── BUILD.gn └── 05_mutex/ # 模块目录 ├── BUILD.gn └── demo.c # 互斥锁测试代码

1.1app/BUILD.gn

import("//build/lite/config/component/lite_component.gni") lite_component("app") { features = [ "05_mutex:mutex_demo", # 引用 05_mutex 模块 ] }

1.205_mutex/BUILD.gn

static_library("mutex_demo") { sources = [ "demo.c" ] include_dirs = [ "//utils/native/lite/include", "//kernel/liteos_m/components/cmsis/2.0", ] }

二、完整代码详解

2.1 头文件与宏定义

#include<stdio.h>// 标准输入输出#include<unistd.h>// UNIX 标准函数#include"ohos_init.h"// OpenHarmony 系统初始化#include"cmsis_os2.h"// CMSIS-RTOS2 接口#defineSTACK_SIZE(1024)// 线程栈大小#defineDELAY_TICKS_5(5)// 5 tick 延时#defineDELAY_TICKS_13(13)// 13 tick 延时#defineDELAY_TICKS_17(17)// 17 tick 延时#defineNUMBER_2(2)// 奇偶判断除数#defineNUMBER_100(100)// 计数上限staticintg_test_value=0;// 全局共享变量（临界资源）

关键：g_test_value是全局共享变量，三个线程同时访问，必须用互斥锁保护，否则会出现竞态条件（Race Condition）。

2.2 工作线程（共享资源访问）

voidnumber_thread(osMutexId_t*arg){osMutexId_t*mid=arg;// 接收传入的互斥锁 ID 指针while(g_test_value<NUMBER_100){// 1. 获取互斥锁，超时时间 100 tickif(osMutexAcquire(*mid,NUMBER_100)==osOK){// 2. 进入临界区，访问共享资源g_test_value++;if(g_test_value%NUMBER_2==0){printf("[Mutex Test]%s gets an even value %d.\r\n",osThreadGetName(osThreadGetId()),g_test_value);}else{printf("[Mutex Test]%s gets an odd value %d.\r\n",osThreadGetName(osThreadGetId()),g_test_value);}// 3. 释放互斥锁，退出临界区osMutexRelease(*mid);// 4. 主动延时，让出 CPU，给其他线程竞争锁的机会osDelay(DELAY_TICKS_5);}}}

临界区保护流程：

[获取锁] → [访问 g_test_value] → [释放锁] → [延时让出 CPU] ↑________________________________________________↓ 循环直到 g_test_value >= 100

2.3 线程创建辅助函数

osThreadId_tnewThread(char*name,osThreadFunc_tfunc,osMutexId_t*arg){osThreadAttr_tattr={name,// 线程名称0,// 属性位NULL,// 控制块内存0,// 控制块大小NULL,// 栈内存STACK_SIZE*2,// 栈大小 2048 字节osPriorityNormal,// 普通优先级0,// 保留0// 保留};osThreadId_ttid=osThreadNew(func,(void*)arg,&attr);if(tid==NULL){printf("[Mutex Test]osThreadNew(%s) failed.\r\n",name);}else{printf("[Mutex Test]osThreadNew(%s) success, thread id: %d.\r\n",name,tid);}returntid;}

2.4 主控制线程

voidrtosv2_mutex_main(void){// 1. 创建互斥锁osMutexAttr_tattr={0};// 默认属性osMutexId_tmid=osMutexNew(&attr);if(mid==NULL){printf("[Mutex Test]osMutexNew, create mutex failed.\r\n");}else{printf("[Mutex Test]osMutexNew, create mutex success.\r\n");}// 2. 创建三个工作线程，共享同一个互斥锁osThreadId_ttid1=newThread("Thread_1",number_thread,&mid);osThreadId_ttid2=newThread("Thread_2",number_thread,&mid);osThreadId_ttid3=newThread("Thread_3",number_thread,&mid);// 3. 延时 13 tick，让线程运行一段时间osDelay(DELAY_TICKS_13);// 4. 查询当前持有互斥锁的线程osThreadId_ttid=osMutexGetOwner(mid);printf("[Mutex Test]osMutexGetOwner, thread id: %p, thread name: %s.\r\n",tid,osThreadGetName(tid));// 5. 再延时 17 tickosDelay(DELAY_TICKS_17);// 6. 清理资源：终止线程 → 删除互斥锁osThreadTerminate(tid1);osThreadTerminate(tid2);osThreadTerminate(tid3);osMutexDelete(mid);}

2.5 系统入口

staticvoidMutexTestTask(void){osThreadAttr_tattr={.name="rtosv2_mutex_main",.attr_bits=0U,.cb_mem=NULL,.cb_size=0U,.stack_mem=NULL,.stack_size=STACK_SIZE,.priority=osPriorityNormal,};if(osThreadNew((osThreadFunc_t)rtosv2_mutex_main,NULL,&attr)==NULL){printf("[MutexTestTask] Failed to create rtosv2_mutex_main!\n");}}APP_FEATURE_INIT(MutexTestTask);

三、CMSIS-RTOS2 互斥锁 API 详解

3.1osMutexNew— 创建互斥锁

osMutexId_tosMutexNew(constosMutexAttr_t*attr);

默认属性特点：

• 支持递归锁定（同一线程可多次获取）
• 支持优先级继承（防止优先级反转）

3.2osMutexAcquire— 获取互斥锁

osStatus_tosMutexAcquire(osMutexId_tmutex_id,uint32_ttimeout);

返回值：

行为：

• 锁空闲：立即获取，线程成为所有者
• 锁被占：线程进入Blocked状态，等待锁释放
• 同一线程递归获取：计数器 +1，不会死锁

3.3osMutexRelease— 释放互斥锁

osStatus_tosMutexRelease(osMutexId_tmutex_id);

规则：

• 只有所有者线程才能释放
• 递归获取需对应次数释放
• 释放后，唤醒等待队列中优先级最高的线程

3.4osMutexGetOwner— 获取当前所有者

osThreadId_tosMutexGetOwner(osMutexId_tmutex_id);

用途：调试、监控、死锁检测。

3.5osMutexDelete— 删除互斥锁

osStatus_tosMutexDelete(osMutexId_tmutex_id);

注意：删除前确保没有线程持有该锁。

四、为什么需要互斥锁？—— 竞态条件演示

假设没有互斥锁，三个线程同时执行g_test_value++：

初始: g_test_value = 0 Thread_1: 读取 g_test_value = 0 → 计算 0+1 = 1 → [被抢占] Thread_2: 读取 g_test_value = 0 → 计算 0+1 = 1 → 写入 g_test_value = 1 Thread_1: [恢复] 写入 g_test_value = 1 ← 覆盖了 Thread_2 的结果！ 结果: g_test_value = 1，但期望 = 2（两次++）

这种错误称为"竞态条件"，在多核或抢占式调度中必然发生。

使用互斥锁后：

Thread_1: [Acquire] → 读取 0 → 计算 1 → 写入 1 → [Release] Thread_2: 等待锁... [Acquire] → 读取 1 → 计算 2 → 写入 2 → [Release] Thread_3: 等待锁... [Acquire] → 读取 2 → ... 结果: g_test_value 严格递增，无丢失

五、执行流程时序图

时间轴 → main: [Create Mutex]──[Create T1,T2,T3]──[Delay 13]──[GetOwner]──[Delay 17]──[Terminate All]──[Delete Mutex] ↓ ↓ ↓ ↓ T1: [Acq]──[++=1]──[Rel]──[Dly5]──[Acq]──[++=2]──[Rel]──...──[++=100]──[退出] ↑ ↓ ↑ ↓ T2: 等待锁...──[Acq]──[++=...]──[Rel]──...──[++=100]──[退出] ↑ ↓ ↑ T3: 等待锁...──────────────[Acq]──[++=...]──[Rel]──...──[++=100]──[退出] 关键: 任意时刻只有一个线程在 [Acq...Rel] 临界区内

六、底层实现：LiteOS 原生互斥锁

CMSIS-RTOS2 的osMutexXxx在 LiteOS-M 中的映射：

LiteOS-M 互斥锁特性：

• 优先级继承：低优先级线程持有锁时，临时提升其优先级，防止高优先级线程饥饿
• 递归锁定：同一线程可多次获取，需对应次数释放
• 死锁检测：部分版本支持

七、编译与验证

7.1 编译烧录

VSCode 点击Build→Upload，串口波特率115200。

7.2 预期输出

[Mutex Test]osMutexNew, create mutex success. [Mutex Test]osThreadNew(Thread_1) success, thread id: 3. [Mutex Test]osThreadNew(Thread_2) success, thread id: 4. [Mutex Test]osThreadNew(Thread_3) success, thread id: 5. [Mutex Test]Thread_1 gets an odd value 1. [Mutex Test]Thread_2 gets an even value 2. [Mutex Test]Thread_3 gets an odd value 3. [Mutex Test]Thread_1 gets an even value 4. ... [Mutex Test]osMutexGetOwner, thread id: 0x20001xxx, thread name: Thread_2. ... [Mutex Test]Thread_3 gets an even value 100.

观察输出：三个线程交替获取奇偶值，无重复、无跳过，证明互斥锁工作正常。

八、总结

九、下一步

Day 8 预告：信号量（Semaphore）—— 资源计数与任务同步。