Linux系统编程之常用线程同步的三种方法

Linux系统编程之线程同步高效率编程

         ~~~~~~~~         Linux系统中线程最大的特点就是共享性，线程同步问题较为困难也很重要，最常用的三种是：条件变量、互斥锁、无名信号量。(ps: 有名信号量可用于进程同步，无名信号量只能用于线程同步，是轻量级的。)

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（一）、【互斥锁】：mutex

线程互斥量数据类型：pthread_mutex_t

1. 初始化锁
   静态分配： pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
   动态分配：int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutex_attr_t *mutexattr);
            ~~~~~~~~          参数一：创建的互斥锁
            ~~~~~~~~          参数二：存储互斥锁信息的结构，一般为NULL

2. 加锁：对共享资源的访问，要对互斥量进行加锁，如果互斥量已经上了锁，调用线程会阻塞，直到互斥量被解锁。
   int pthread_mutex_lock(pthread_mutex *mutex); int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
            ~~~~~~~~         参数：指明互斥锁

3. 解锁：在完成了对共享资源的访问后，要对互斥量进行解锁
   int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
            ~~~~~~~~         参数：指明互斥锁

4. 销毁锁
   int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex *mutex);
            ~~~~~~~~         参数：指明互斥锁

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（二）、【条件变量】：cond

         ~~~~~~~~         条件变量用来自动阻塞一个线程，直到某特殊情况发生为止。通常条件变量和互斥锁同时使用。
数据类型：pthread_cond_t。

1. 初始化
   静态：pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIER;
   动态：int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr);
            ~~~~~~~~         参数一：指明条件变量
            ~~~~~~~~         参数二：存储条件变量属性的结构>
            ~~~~~~~~         
2. 等待条件成立：释放锁，同时等待条件为真才能有停止阻塞。
   int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);
            ~~~~~~~~         参数一：指明条件变量
            ~~~~~~~~         参数二：指明互斥锁
   int pthread_cond_timewait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex *mutex,const timespec *abstime);
            ~~~~~~~~         
3. 激活条件变量：
   int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond); //解除所有线程的阻塞
     ~  
4. 注销条件变量
   int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

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（三）、【无名信号量】：sem

注意：链接需要加上-pthread选项
例如：gcc -pthread main.c -o main
  ~  
         ~~~~~~~~         有名信号量可用于进程的同步，头文件：#include，；而无名信号量只能用于线程，是轻量级，头文件：#include )。

1. 初始化：
   int sem_init (sem_t *sem , int pshared, unsigned int value);
            ~~~~~~~~         参数一：指明信号量
            ~~~~~~~~         参数二：共享选项(linux 只支持为0，即表示它是当前进程的局部信号量)
            ~~~~~~~~         参数三：设置初始值
            ~~~~~~~~         
2. 等待信号量：给信号量减1，然后等待直到信号量的值大于0。
   int sem_wait(sem_t *sem);
     ~  
3. 释放信号量：
   int sem_post(sem_t *sem);
     ~  
4. 销毁信号量：
   int sem_destroy(sem_t *sem);

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【DEMO】

         ~~~~~~~~         现有两个同学打扫卫生，学生A负责扫地，学生B负责拖地，很明显要扫完地之后在拖地，由此引入线程同步。

1、条件变量和互斥锁的联合利用实现

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define DEBUG_INFO(...) printf("Info: "); printf(__VA_ARGS__)

void *student_1();
void *student_2();


int num = 0;	//共享资源
pthread_mutex_t mulock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;		//互斥锁
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;			//条件变量
pthread_t stu_thread[2];		//两个学生线程
int main()
{
	int i;
	
	// 创建两个学生线程
	pthread_create(&stu_thread[0], NULL, student_1, NULL);
	pthread_create(&stu_thread[1], NULL, student_2, NULL);
	
	// 等待两个线程结束
	for(i=0; i<2; i++)
	{
		pthread_join(stu_thread[i], NULL);
	}
	
	// 注销操作
	pthread_mutex_destroy(&mulock);
	pthread_cond_destroy(&cond);
	return 0;
}

void *student_1()
{
	int i;
	DEBUG_INFO("student a start work .\n");
	
	for(i=0; i<5; i++)
	{
		DEBUG_INFO("i = %d \n", i);
		pthread_mutex_lock(&mulock);	//锁住
		num++;		//扫一次地
		if(num >= 5)
		{
			DEBUG_INFO("student a finished work .\n");
			pthread_cond_signal(&cond);	//通知学生B已经扫完地了，并解锁
		}
		
		pthread_mutex_unlock(&mulock);
		sleep(1);
	}
	
	pthread_exit(NULL);
	return 0;
}
void *student_2()
{
	DEBUG_INFO("in student 2 .. \n");
	while(num < 5)		//不用if四因为需要防止莫名错误
	{
		pthread_cond_wait(&cond, &mulock);	//等待学生A扫地结束,等不到会再次一直阻塞
	}
	
	num = 0;	//拖地
	pthread_mutex_unlock(&mulock);
	DEBUG_INFO("student b finished work .\n");
	pthread_exit(NULL);
	return 0;
}

Makefile

运行结果

         ~~~~~~~~         由运行结果可见，学生A先完成工作，学生B在完成工作，所以成功实现线程同步。

2、信号量实现

/****************************************************************************************
* 文件名: demo2.c
* 创建者: 
* 时 间： 
* 联 系： 
* 简 介： 
*****************************************************************************************/

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define DEBUG_INFO(...) printf("Info: "); printf(__VA_ARGS__)

int num = 0;	//共享资源
sem_t mysem; //用于同步的信号量
pthread_t stu_thread[2];		//两个学生线程

void *student_1();
void *student_2();


int main()
{
	// 初始化信号量
	sem_init(&mysem, 0, 0);
	
	int i;
	
	// 创建两个学生线程
	pthread_create(&stu_thread[0], NULL, student_1, NULL);
	pthread_create(&stu_thread[1], NULL, student_2, NULL);
	
	// 等待两个线程结束
	for(i=0; i<2; i++)
	{
		pthread_join(stu_thread[i], NULL);
	}
	
	// 注销操作
	sem_destroy(&mysem);
	return 0;
}


void *student_1()
{
	int i;
	DEBUG_INFO("student a start work .\n");
	
	for(i=0; i<5; i++)
	{
		DEBUG_INFO("i = %d \n", i);
		num++;		//扫一次地
		if(num >= 5)
		{
			DEBUG_INFO("student a finished work .\n");
			sem_post(&mysem);	//释放信号量
		}
		
		sleep(1);
	}
	
	pthread_exit(NULL);
	return 0;
}
void *student_2()
{
	DEBUG_INFO("in student 2 .. \n");
	sem_wait(&mysem);		//等待信号量	
	num = 0;	//拖地
	DEBUG_INFO("student b finished work .\n");
	pthread_exit(NULL);
	return 0;
}

【运行结果】

         ~~~~~~~~         由运行结果可见，用信号量的程序运行结果与使用条件变量结果一致，所以实验成功！

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end…