目录
一.linux互斥
1.进程线程间的互斥相关背景概念
2.互斥量mutex
3.加锁互斥锁mutex
4.锁的底层原理
二.可重入VS线程安全
1.概念
2.常见的线程不安全的情况
3.常见的线程安全的情况
4.常见不可重入的情况
5..常见可重入的情况
6.可重入与线程安全联系
三.死锁
1.死锁四个必要条件
2.避免死锁
3.避免死锁算法
四.Linux线程同步
1.条件变量
2.同步概念与竞态条件
3.条件变量函数
4.代码样例
大部分情况,线程使用的数据都是局部变量,变量的地址空间在线程栈空间内,这种情况,变量归属单个线程,其他线程无法获得这种变量。
但有时候,很多变量都需要在线程间共享,这样的变量称为共享变量,可以通过数据的共享,完成线程之间的交互。
多个线程并发的操作共享变量,会带来一些问题:
测试代码:
#include
#include
#include
#include
#include
using namespace std;
#define NUM 4 // 线程数
int ticket = 1000; // 1000票
void *RobTicket(void *args)
{
const char *name = static_cast(args);
while (1)
{
if (ticket > 0)
{
usleep(2000);
printf("%s-ticket,%d\n", name, ticket);
ticket--; // 四个线程同时对ticket--,直到ticket为0时结束
}
else
{
break;
}
usleep(100);
}
}
int main()
{
pthread_t tid[NUM];
for (int i = 0; i < NUM; i++)
{
char *name = new char[50];
sprintf(name, "Thread-%d", i + 1);
pthread_create(tid + i, NULL, RobTicket, name);
}
for (int i = 0; i < NUM; i++)
{
pthread_join(tid[i], NULL);
}
return 0;
}
测试结果:
说明:
取出ticket--部分的汇编代码
objdump -d a.out > test.objdump
152 40064b: 8b 05 e3 04 20 00 mov 0x2004e3(%rip),%eax # 600b34
153 400651: 83 e8 01 sub $0x1,%eax
154 400654: 89 05 da 04 20 00 mov %eax,0x2004da(%rip) # 600b34
解决办法:
要做到这三点,本质上就是需要一把锁。Linux上提供的这把锁叫互斥量。
创建锁:
pthread_mutex_t mutex;
初始化锁:
初始化互斥量有两种方法:
方法1,静态分配:
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER
方法2,动态分配:
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict_mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict
attr);
参数:
销毁锁:
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
注意:
加锁与解锁:
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);//加锁
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);//解锁
返回值:成功返回0,失败返回错误号。
调用 pthread_ lock 时,可能会遇到以下情况:
测试代码:
将上述的代码对临界区加锁,使得临界区一次只能进入一个线程,每次只能有一个线程对临界资源访问,即每次都只能有一个线程对ticket--。
#include
#include
#include
#include
#include
using namespace std;
#define NUM 4 // 线程数
int ticket = 1000; // 1000票
pthread_mutex_t mutex; // 锁
void *RobTicket(void *args)
{
const char *name = static_cast(args);
while (1)
{
pthread_mutex_lock(&mutex); // 加锁
if (ticket > 0)
{
usleep(2000);
printf("%s-ticket,%d\n", name, ticket);
ticket--; // 四个线程同时对ticket--,直到ticket为0
pthread_mutex_unlock(&mutex); // 解锁
}
else
{
pthread_mutex_unlock(&mutex); // 解锁
break;
}
usleep(100);
}
}
int main()
{
pthread_mutex_init(&mutex, NULL); // 初始化锁
pthread_t tid[NUM];
for (int i = 0; i < NUM; i++)
{
char *name = new char[50];
sprintf(name, "Thread-%d", i + 1);
pthread_create(tid + i, NULL, RobTicket, name);
}
// 线程等待
for (int i = 0; i < NUM; i++)
{
pthread_join(tid[i], NULL);
}
return 0;
}
测试结果:
说明:
经过上面的例子,大家已经意识到单纯的 i++ 或者 ++i 都不是原子的,有可能会有数据一致性问题。
为了实现互斥锁操作,大多数体系结构都提供了swap或exchange指令,该指令的作用是把寄存器和内存单元的数据相交换,由于只有一条指令,保证了原子性,即使是多处理器平台,访问内存的 总线周期也有先后,一个处理器上的交换指令执行时另一个处理器的交换指令只能等待总线周期。
说明:
由于初始化pthread_mutex_init () 初始化会将mutex在内存初始化为1,第一个线程申请锁的时候,会将自己线程内部的一个寄存器%al初始化为0,并且将寄存器%al的值与mutex内存的数据交换,那么现在该申请锁的线程的%al寄存器中就存储的是1,mutex的内存中存储的就是0,再有经过检测,如果%al的值是大于0的return之后,继续往后运行。后续的线程再申请锁的时候,exchange之后,他们的%al寄存器只能存储的是0,所以会被挂起等待。
解锁仅仅需要将mutex的内存数据重新赋值为1,并且唤醒挂起等待的进程。
class Mutex//自己不维护锁,由外部传入
{
public:
Mutex(pthread_mutex_t *mutex)
: _mutex(mutex)
{
}
void lock()
{
pthread_mutex_lock(_mutex);
}
void unlock()
{
pthread_mutex_unlock(_mutex);
}
~Mutex()
{
}
private:
pthread_mutex_t *_mutex;
};
class MutexGuard
{
public:
MutexGuard(pthread_mutex_t *mutex)
: _mutex(mutex)
{
_mutex.lock();
}
~MutexGuard()
{
_mutex.unlock();
}
private:
Mutex _mutex;
};
死锁是指在一组进程中的各个进程均占有不会释放的资源,但因互相申请被其他进程所站用不会释放的资源而处于的一种永久等待状态。
定义条件变量:
pthread_cond_t cond;
初始化条件变量:
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,const pthread_condattr_t *restrict
attr);
参数:
销毁条件变量:
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
等待条件满足:
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond,pthread_mutex_t *restrict mutex);
参数:
注意:
条件变量一般需要搭配互斥锁来使用,当线程满足等待条件时,需要线程先释放锁,再去等待。否则带着锁再条件变量等待,会导致其他线程申请锁失败。
唤醒等待:
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
using namespace std;
queue V;
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_ADAPTIVE_MUTEX_INITIALIZER_NP;
pthread_cond_t cond;
void *push_date(void *args)
{
const char *name = static_cast(args);
while (1)
{
int date;
cin >> date; // 输入数据
// 对临界资源的访问需要加锁
pthread_mutex_lock(&mutex);
V.push(date);
// 当队列中有数据以后,需要唤醒get_date线程
pthread_cond_signal(&cond);
cout << name << ":push 一个数据 :" << date << endl;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
sleep(1);
}
}
void *get_date(void *args)
{
const char *name = static_cast(args);
while (1)
{
pthread_mutex_lock(&mutex);
//如果队列为空
if (V.empty())
{
pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
}
int date = V.front();
V.pop();
cout << name << ":我得到一个数据:" << date << endl;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
}
int main()
{
srand(time(nullptr));
//
pthread_t tid_push, tid_get;
pthread_create(&tid_get, nullptr, get_date, (void *)"Thread_get");
pthread_create(&tid_get, nullptr, push_date, (void *)"Thread_push");
pthread_join(tid_get, NULL);
pthread_join(tid_push, NULL);
return 0;
}
测试结果:
说明: