线程同步及互斥锁

一、线程同步 

        1.  线程同步：即当有一个线程在对内存进行操作时，其他线程都不可以对这个内存地址进

行操作，直到该线程完成操作，其他线程才能对该内存地址进行操作，而其他线程则处

于等待状态。

        2. 临界区是指访问某一共享资源的代码片段，并且这段代码的执行应为原子操作，也就是

同时访问同一共享资源的其他线程不应终端该片段的执行。

        3. 线程的主要优势在于，能够通过全局变量来共享信息。不过，这种便捷的共享是有代价

的：必须确保多个线程不会同时修改同一变量，或者某一线程不会读取正在由其他线程

修改的变量。

        以下代码为售票代码，在使用多个子线程的时候，子线程可能同时会对一块内存进行访问，导致卖同一张票，这就引发了线程同步的问题。

// 线程同步
#include 
#include 
#include 
// 全局变量，线程共享一份资源
int tickets = 100;
void * sellticket(void * arg){
    // 卖票
    usleep(6000); // 会导致卖同一张
    while(tickets>0){
        printf("%ld 正在卖第 %d 张门票\n" , pthread_self(),tickets);
        tickets--;
    }
    return   NULL;
}


int main(){
    // 创建三个子线程
    pthread_t tid1, tid2, tid3;
    // sellticket为子线程执行程序
    pthread_create(&tid1,NULL,sellticket,NULL);
    pthread_create(&tid2,NULL,sellticket,NULL);
    pthread_create(&tid3,NULL,sellticket,NULL);

    // 回收子线程的资源,阻塞
    pthread_join(tid1,NULL);
    pthread_join(tid2,NULL);
    pthread_join(tid3,NULL);


    // 设置线程分离
//    pthread_detach(tid1);
//    pthread_detach(tid2);
//    pthread_detach(tid3);
    // 退出主线程，不会影响子线程
    pthread_exit(NULL);
}

二、 互斥锁

互斥量（Mutex）：

• 互斥量是一种同步机制，用于保护临界区，确保在同一时刻只有一个线程能够进入临界区。
• 互斥量通过提供一个锁来实现，线程在进入临界区前必须先获取互斥锁，进入后执行相应的操作，最后释放互斥锁，这样其他线程才能进入。
• 在多线程环境中，使用互斥量可以有效地防止多个线程同时访问共享的临界资源，从而保证数据的一致性和完整性。

1. 为避免线程更新共享变量时出现问题，可以使用互斥量（mutex 是 mutual exclusion 的缩写）来确保同时仅有一个线程可以访问某项共享资源。可以使用互斥量来保证对任意共 享资源的原子访问。

2.互斥量有两种状态：已锁定（locked）和未锁定（unlocked）。任何时候，至多只有一

个线程可以锁定该互斥量。试图对已经锁定的某一互斥量再次加锁，将可能阻塞线程或者报

错失败，具体取决于加锁时使用的方法。

3. 一旦 线程锁定互斥量，随即成为该互斥量的所有者，只有所有者才能给互斥量解锁。一般情

况下，对每一共享资源（可能由多个相关变量组成）会使用不同的互斥量，每一线程在访问

同一资源时将采用如下协议：

⚫ 针对共享资源锁定互斥量

⚫ 访问共享资源

⚫ 对互斥量解锁

 

使用互斥锁的线程同步卖票代码

/*
    互斥量的类型 pthread_mutex_t
    int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);
        - 初始化互斥量
        - 参数 ：
            - mutex ： 需要初始化的互斥量变量
            - attr ： 互斥量相关的属性，NULL
        - restrict : C语言的修饰符，被修饰的指针，不能由另外的一个指针进行操作。
            pthread_mutex_t *restrict mutex = xxx;
            pthread_mutex_t * mutex1 = mutex;

    int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
        - 释放互斥量的资源

    int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
        - 加锁，阻塞的，如果有一个线程加锁了，那么其他的线程只能阻塞等待

    int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
        - 尝试加锁，如果加锁失败，不会阻塞，会直接返回。

    int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
        - 解锁


*/



#include 
#include 
#include 

// 全局变量，所有的线程都共享这一份资源。
int tickets = 10000;

// 创建一个互斥量
pthread_mutex_t mutex;

void * sellticket(void * arg) {

    // 卖票
    while(1) {

        // 加锁
        pthread_mutex_lock(&mutex);

        if(tickets > 0) {
            usleep(6000);
            printf("%ld 正在卖第 %d 张门票\n", pthread_self(), tickets);
            tickets--;
        }else {
            // 解锁
            pthread_mutex_unlock(&mutex);
            break;
        }

        // 解锁
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }

    

    return NULL;
}

int main() {

    // 初始化互斥量
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);

    // 创建3个子线程
    pthread_t tid1, tid2, tid3;
    pthread_create(&tid1, NULL, sellticket, NULL);
    pthread_create(&tid2, NULL, sellticket, NULL);
    pthread_create(&tid3, NULL, sellticket, NULL);

    // 回收子线程的资源,阻塞
    pthread_join(tid1, NULL);
    pthread_join(tid2, NULL);
    pthread_join(tid3, NULL);

    pthread_exit(NULL); // 退出主线程

    // 释放互斥量资源
    pthread_mutex_destroy(&mutex);

    return 0;
}