Linux下C的线程同步机制

C里提供了保证线程安全性的三种方法：

(添加头文件#include，pthread 库不是 Linux 系统默认的库，连接时需要使用静态库 libpthread.a， 在编译中要加 -lpthread参数)

• 互斥锁

　　通过锁的机制实现线程间的互斥，同一时刻只有一个线程可以锁定它，当一个锁被某个线程锁定的时候，如果有另外一个线程尝试锁定这个临界区（互斥体），则第二个线程会被阻塞，或者说被置于等待状态。只有当第一个线程释放了对临界区的锁定，第二个线程才能从阻塞状态恢复运行。

　　int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t* mutex, const thread_mutexattr_t* mutexattr);初始化一个互斥锁。

　　int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t* mutex);如果mutex被锁定，当前进程处于等待状态；否则，本进程获得互斥锁并进入临界区。

　　int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t* mutex);和lock不同的时候，尝试获得互斥锁不成功不会使得进程进入阻塞状态，而是继续返回线程执行。该函数可以有效避免循环等待锁，如果trylock失败可以释放已经占有的资源，这样可以避免死锁。

　　int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t* mutex);释放互斥锁，并使得被阻塞的线程获得互斥锁并执行。

　　int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t* mutex);用来撤销互斥锁的资源。

pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutex_init(&mutex,NULL);


void pthread1(void* arg){
   pthread_mutex_lock(&mutex);
   .....//临界区
   pthread_mutex_unlock(&mutex);
}


void pthread2(void* arg){
   pthread_mutex_lock(&mutex);
   .....//临界区
   pthread_mutex_unlock(&mutex);
}

• 读写锁

读写锁与互斥量类似，不过读写锁允许更高的并行性。适用于读的次数大于写的次数的数据结构。

一次只有一个线程可以占有写模式的读写锁，但是多个线程可以同时占有读模式的读写锁。

读锁锁住，加读锁，可以；加写锁会被阻塞，但此时会阻塞后续的读锁请求，防止读锁长期占用无法进入写模式。写锁就是互斥锁。

int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t* rwlock, const pthread_rwlockattr_t* attr);初始化读写锁

int pthread_destroy(pthread_rwlock_t* rwlock);销毁读写锁

int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t* rwlock);加读锁

int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t* rwlock);加写锁

int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t* rwlock);解锁

• 条件变量

　　信号量只有锁住和不锁两种状态，而且当条件变量和信号量一起使用时，允许线程以无竞争的方式等待特定的条件发生。

　　条件本身是由互斥量保护的：线程在改变条件状态之前必须先锁住互斥量。

　　int pthread_cond_init(pthread_cond_t* cond,const pthread_condattr_t* attr);初始化动态分配的条件变量；也可以直接用PTHREAD_INITIALIZER直接赋值给静态的条件变量

　　int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t* cond)撤销条件变量资源；

　　int pthread_cond_wait(pthread_cond_t* cond, pthread_mutex_t* mutex);使用该函数使得等待条件变量为真。线程被条件变量cond阻塞。

　　int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t* cond, pthread_mutex_t* mutex,const struct timespec* tspr);与wait类似，只是经历tspr时间后，即使条件变量不满足，阻塞也被解除，返回错误码。

　　int pthread_cond_signal(pthread_cond_t* cond);唤醒因为条件变量阻塞的线程。

　　int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t* cond);唤醒等待该条件的所有线程。

　　

pthread_cond_t cond;
pthread_mutex_t mutex;
int count=0;
void pthread1(void* arg){
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    while(count==0)
        pthread_cond_wait(&cond,&mutex);
    count--;
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
void pthread2(void* arg){
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    if(count==0)
        pthread_cond_signal(&cond);
    count++;
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
}

• 自旋锁

　　互斥量阻塞线程的方式是使其进入睡眠，而自旋锁是让线程忙等，即不会使其睡眠，而是不断循判断自旋锁已经被解锁。

　　适用于占用自旋锁时间比较短的情况。

• 信号量

介绍一下POSIX(POSIX标准定义了操作系统应该为应用程序提供的接口标准，换句话说，为一个POSIX兼容的操作系统编写的程序，应该可以在任何其它的POSIX操作系统（即使是来自另一个厂商）上编译执行。)的信号量机制，定义在头文件/usr/include/semaphore.h

1）初始化一个信号量:sem_init()

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

pshared为0时表示该信号量只能在当前进程的线程间共享，否则可以进程间共享，value给出了信号量的初始值。

2)阻塞线程

sem_wait(sem_t* sem)直到信号量sem的值大于0，解除阻塞后将sem的值减一，表明公共资源经使用后减少;sem_trywait(sem_t* sem)是wait的非阻塞版本，它直接将sem的值减一，相当于P操作。

3)增加信号量的值，唤醒线程

sem_post(sem_t* sem)会使已经被阻塞的线程其中的一个线程不再阻塞，选择机制同样是由线程的调度策略决定的。相当于V操作。

3)释放信号量资源

sem_destroy(sem_t* sem)用来释放信号量sem所占有的资源

pthread_mutex_t mutex;
sem_t full,empty;

void producer(void* arg){
    while(1){
    sem_wait(&empty);//need to produce. the the empty of resource need minus 1
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    ...//produce a resource
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    sem_post(&full); //have produced a resource, the the full of resource need add 1
    }
}
void consumer(void* arg){
    while(1){
    sem_wait(&full);
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    ...//consume a resource
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    sem_post(&empty); 
    }
}