C++ Linux线程同步机制：POSIX信号量，互斥锁，条件变量

线程同步机制：POSIX 信号量，互斥量，条件变量

POSIX 信号量

常用的POSIX 信号量函数为如下5个：

• sem_init
• sem_destroy
• sem_wait
• sem_trywait
• sem_post

它们定义在头文件 semaphore.h 中

它们成功时会返回 0，失败则返回 -1 并设置 errno

• sem_init

  用于初始化一个未命名的信号量

  定义

  int sem_init( sem_t *sem, int pshared, unsigned int value );
  

  参数

  sem：要初始化的信号量

  pshared：指定信号量的类型，如果为 0，表示这个信号量是当前进程的局部信号量，否则该信号量就可以在多个进程间共享

  value：指定信号量的初始值

  初始化一个已经被初始化的信号量将导致不可预期的结果

• sem_destroy

  用于销毁信号量，释放其占用的内核资源

  定义

  int sem_destroy( sem_t *sem );
  

  参数

  sem：要销毁的信号量

  销毁一个正在被其他线程等待的信号量将导致不可预期的结果

• sem_wait

  以原子操作的方式将信号量的值 -1

  如果信号量的值为 0，则 sem_wait 将被阻塞直到信号量有非 0 值

  定义

  int sem_wait( sem_t *sem );
  

  参数

  sem：等待的信号量

• sem_trywait

  以原子操作的方式将信号量的值 -1，它会立即返回（相当于 sem_wait 的非阻塞版本）

  信号量为 0 时会返回 -1 并设置 errno 为 EAGAIN

  定义

  int sem_trywait( sem_t *sem );
  

  参数

  sem：等待的信号量

• sem_post

  以原子操作的方式将信号量的值 +1

  当信号量的值 > 0 时，其他正在调用 sem_wait 等待信号量的线程将被唤醒

  定义

  int sem_post( sem_t *sem );
  

  参数

  sem：要释放的信号量

互斥锁

互斥锁API

互斥锁的 API 函数主要有下面五个：

• pthread_mutex_init
• pthread_mutex_destroy
• pthread_mutex_lock
• pthread_mutex_trylock
• pthread_mutex_unlock

它们定义在头文件 pthread.h 中

它们成功时会返回 0，失败则返回错误码

• pthread_mutex_init

  用于初始化互斥锁

  定义

  int pthread_mutex_init( pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *mutexattr );
  

  参数

  mutex：指向要操作的目标的互斥锁

  mutexattr：指定互斥锁的属性。如果设置为NULL，就表示使用默认属性

• pthread_mutex_destroy

  销毁一个互斥锁并释放其占用的内核资源

  销毁一个已经加锁的互斥锁将导致不可预期的后果

  定义

  int pthread_mutex_destroy( pthread_mutex_t *mutex );
  

  参数

  mutex：指向要操作的目标的互斥锁

• pthread_mutex_lock

  以原子操作方式给一个互斥锁加锁

  如果目标互斥锁已经被锁上，则 pthread_mutex_lock 调用将阻塞，直到该互斥锁的占有者将其解锁

  定义

  int pthread_mutex_lock( pthread_mutex *mutex );
  

  参数

  mutex：指向要操作的目标的互斥锁

• pthread_mutex_trylock

  pthread_mutex_lock 的非阻塞版本，始终立即返回

  当互斥锁目标未被加锁时，对其执行加锁操作

  当互斥锁已经被加锁时，返回 EBUSY

  这里讨论的 pthread_mutex_lock 和 pthread_mutex_trylock 的行为是针对普通锁而言的，对于其他类型的锁而言，这两个加锁函数会有不同的行为

  定义

  int pthread_mutex_trylock( pthread_mutex *mutex );
  

  参数

  mutex：指向要操作的目标的互斥锁

• pthread_mutex_unlock

  以原子操作的方式给一个互斥锁解锁

  如果此时有其他线程正在等待这个互斥锁，则这些线程的某一个将获得它

  定义

  int pthread_mutex_unlock( pthread_mutex *mutex );
  

  参数

  mutex：指向要操作的目标的互斥锁

互斥锁属性

互斥锁的两种常用属性有 pshared 和 type

• pshared

  指定是否允许跨进程共享互斥锁，可选值有两个：

  PTHREAD_PROCESS_SHARED：互斥锁可以被跨进程共享

  PTHREAD_PROCESS_PRIVATE：互斥锁只能被和锁的初始化线程隶属于同一个进程的线程共享

• type

  可选值有如下 4 种

  • PTHREAD_MUTEX_NORMAL（普通锁）

    互斥锁默认的类型

    当一个线程对一个普通锁加锁以后，其余请求该锁的线程将形成一个等待队列，并且在该锁解锁后按优先级获得它

    这种锁类型保证了资源分配的公平性，但容易引发问题：一个线程如果对一个已经加锁的普通锁再次加锁，将引发死锁；对一个已经被其他线程加锁的普通锁解锁，或者对一个已经解锁的普通锁再次解锁，其后果是不可预期的

  • PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK（检错锁）

    一个线程如果对一个已经加锁的检错锁再次加锁，将返回 EDEADLK

    对一个已经被其他线程加锁的检错锁解锁，或者对一个已经解锁的检错锁再次解锁，则解锁操作返回 EPERM

  • PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE（嵌套锁）

    这种锁允许一个线程在释放之前多次对它加锁而不发生死锁

    不过其他线程如果要获得这个锁，则当前锁的拥有者必须执行相应次数的解锁操作

    对一个已经被其他线程加锁的嵌套锁解锁，或者对一个已经解锁的嵌套锁再次解锁，将返回 EPERM

  • PTHREAD_MUTEX_DEFAULT（默认锁）

    一个线程如果对一个已经加锁的默认锁再次加锁，或者对一个已经被其他线程加锁的默认锁解锁，或者对一个已经解锁的默认锁再次解锁，将导致不可预期的后果

    这种锁在实现的时候可能被映射为上面三种锁之一

• 操作属性的 API 函数

  # include 
  /* 初始化互斥锁属性对象 */
  int pthread_mutexattr_init( pthread_mutexattr_t *attr );
  /* 销毁互斥锁属性对象 */
  int pthread_mutexattr_destroy( pthread_mutexattr_t *attr );
  /* 获取和设置互斥锁的 pshared 属性 */
  int pthread_mutexattr_getshared( const pthread_mutexattr *attr, int *pshared);
  int pthread_mutexattr_setshared( pthread_mutexattr *attr, int pshared);
  /* 获取和设置互斥锁的 type 属性 */
  int pthread_mutexattr_gettype( const pthread_mutexattr_t *attr, int *type );
  int pthread_mutexattr_gettype( pthread_mutexattr_t *attr, int type );
  

条件变量

这篇讲得挺好的，搬过来了