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線程同步有幾種方法

執行緒同步的方法有哪些？在linux下，系統提供了很多種方式來實現線程同步，其中最常用的便是互斥鎖、條件變量和信號量這三種方式，可能還有很多夥伴對於這三種方法都不熟悉，下面就給大家詳細介紹下。

Linux下實作執行緒同步的三種方法：

一、互斥鎖（mutex）

#透過鎖機制實現線程間的同步。

1、初始化鎖定。在Linux下，執行緒的互斥資料型別是pthread_mutex_t。在使用前，要對它進行初始化。

靜態分配：pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

動態分配：int pthread_mutex_init（pthread_mutex_t *mutex，const pthread_mutex_mutex_init（pthread_mutex_t *mutex #2、加鎖。對共享資源的訪問，要對互斥量進行加鎖，如果互斥量已經上了鎖，調用線程會阻塞，直到互斥量被解鎖。

int pthread_mutex_lock（pthread_mutex *mutex）；

int pthread_mutex_trylock（pthread_mutex_t *mutex）;

3、解鎖。在完成了共享資源的存取後，要解鎖互斥量。

int pthread_mutex_unlock（pthread_mutex_t *mutex）；

4、銷毀鎖定。鎖在是使用完成後，需要銷毀以釋放資源。

int pthread_mutex_destroy（pthread_mutex *mutex）；

#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include "iostream"
using namespace std;
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
int tmp;
void* thread(void *arg)
{
cout << "thread id is " << pthread_self() << endl;
pthread_mutex_lock(&mutex);
tmp = 12;
cout << "Now a is " << tmp << endl;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
return NULL;
}
int main()
{
pthread_t id;
cout << "main thread id is " << pthread_self() << endl;
tmp = 3;
cout << "In main func tmp = " << tmp << endl;
if (!pthread_create(&id, NULL, thread, NULL))
{
cout << "Create thread success!" << endl;
}
else
{
cout << "Create thread failed!" << endl;
}
pthread_join(id, NULL);
pthread_mutex_destroy(&mutex);
return 0;
}
//编译：g++ -o thread testthread.cpp -lpthread

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#二、條件變數（cond）

與互斥鎖不同，條件變數是用來等待而不是用來上鎖的。條件變數用來自動阻塞一個線程，直到某個特殊情況發生為止。通常條件變數和互斥鎖同時使用。條件變數分為兩部分：條件和變數。條件本身是由互斥量保護的。線程在改變條件狀態前先要鎖住互斥。條件變數使我們可以睡眠等待某種條件出現。條件變數是利用執行緒間共享的全域變數進行同步的一種機制，主要包括兩個動作：一個執行緒等待「條件變數的條件成立」而掛起；另一個執行緒使「條件成立」（給出條件成立訊號).條件的檢測是在互斥鎖的保護下進行的。如果一個條件為假，則一個執行緒自動阻塞，並釋放等待狀態改變的互斥鎖。如果另一個線程改變了條件，它發出訊號給關聯的條件變量，喚醒一個或多個等待它的線程，重新獲得互斥鎖，重新評價條件。如果兩個行程共享可讀寫的內存，條件變數可以用來實現這兩個行程間的執行緒同步。

1、初始化條件變數。

靜態態初始化，pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIER;

動態初始化，int pthread_cond_init（pthread_cond_t *cond，pthread_condatt_cond_init（pthread_cond_t *cond，pthread_condatt_t_t *con##r_t）； #2、等待條件成立。釋放鎖，同時阻塞等待條件變數為真才行。 timewait（）設置等待時間，仍未signal，返回ETIMEOUT（加鎖保證只有一個線程wait）

int pthread_cond_wait（pthread_cond_t *cond， pthread_mutex_t *mutex）；

int pthread_cond_timewait（pthread_cond_t *cond，pthread_mutex *mutex，const timespec *abstime）；

##3、啟動條件變數。 pthread_cond_signal，pthread_cond_broadcast（啟動所有等待執行緒）

int pthread_cond_signal（pthread_cond_t *cond）；

int pthread_cond_broadcast（pthread_cond_tcon

##int pthread_cond_broadcast（pthread_cond_tcon

4、清除條件變數。無線程等待，否則返回EBUSY

int pthread_cond_destroy（pthread_cond_t *cond）；

[cpp] view plain copy
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include "stdlib.h"
#include "unistd.h"
pthread_mutex_t mutex;
pthread_cond_t cond;
void hander(void *arg)
{
free(arg);
(void)pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
void *thread1(void *arg)
{
pthread_cleanup_push(hander, &mutex);
while(1)
{
printf("thread1 is running\n");
pthread_mutex_lock(&mutex);
pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
printf("thread1 applied the condition\n");
pthread_mutex_unlock(&mutex);
sleep(4);
}
pthread_cleanup_pop(0);
}
void *thread2(void *arg)
{
while(1)
{
printf("thread2 is running\n");
pthread_mutex_lock(&mutex);
pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
printf("thread2 applied the condition\n");
pthread_mutex_unlock(&mutex);
sleep(1);
}
}
int main()
{
pthread_t thid1,thid2;
printf("condition variable study!\n");
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
pthread_cond_init(&cond, NULL);
pthread_create(&thid1, NULL, thread1, NULL);
pthread_create(&thid2, NULL, thread2, NULL);
sleep(1);
do
{
pthread_cond_signal(&cond);
}while(1);
sleep(20);
pthread_exit(0);
return 0;
}

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#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
static pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
static pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
struct node
{
int n_number;
struct node *n_next;
}*head = NULL;
static void cleanup_handler(void *arg)
{
printf("Cleanup handler of second thread./n");
free(arg);
(void)pthread_mutex_unlock(&mtx);
}
static void *thread_func(void *arg)
{
struct node *p = NULL;
pthread_cleanup_push(cleanup_handler, p);
while (1)
{
//这个mutex主要是用来保证pthread_cond_wait的并发性
pthread_mutex_lock(&mtx);
while (head == NULL)
{
//这个while要特别说明一下，单个pthread_cond_wait功能很完善，为何
//这里要有一个while (head == NULL)呢？因为pthread_cond_wait里的线
//程可能会被意外唤醒，如果这个时候head != NULL，则不是我们想要的情况。
//这个时候，应该让线程继续进入pthread_cond_wait
// pthread_cond_wait会先解除之前的pthread_mutex_lock锁定的mtx，
//然后阻塞在等待对列里休眠，直到再次被唤醒(大多数情况下是等待的条件成立
//而被唤醒，唤醒后，该进程会先锁定先pthread_mutex_lock(&mtx);，再读取资源
//用这个流程是比较清楚的
pthread_cond_wait(&cond, &mtx);
p = head;
head = head->n_next;
printf("Got %d from front of queue/n", p->n_number);
free(p);
}
pthread_mutex_unlock(&mtx); //临界区数据操作完毕，释放互斥锁
}
pthread_cleanup_pop(0);
return 0;
}
int main(void)
{
pthread_t tid;
int i;
struct node *p;
//子线程会一直等待资源，类似生产者和消费者，但是这里的消费者可以是多个消费者，而
//不仅仅支持普通的单个消费者，这个模型虽然简单，但是很强大
pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);
sleep(1);
for (i = 0; i < 10; i++)
{
p = (struct node*)malloc(sizeof(struct node));
p->n_number = i;
pthread_mutex_lock(&mtx); //需要操作head这个临界资源，先加锁，
p->n_next = head;
head = p;
pthread_cond_signal(&cond);
pthread_mutex_unlock(&mtx); //解锁
sleep(1);
}
printf("thread 1 wanna end the line.So cancel thread 2./n");
//关于pthread_cancel，有一点额外的说明，它是从外部终止子线程，子线程会在最近的取消点，退出
//线程，而在我们的代码里，最近的取消点肯定就是pthread_cond_wait()了。
pthread_cancel(tid);
pthread_join(tid, NULL);
printf("All done -- exiting/n");
return 0;
}

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三、信號量（sem）

####################################################################################' ###如同進程一樣，執行緒也可以透過信號量來實現通信，雖然是輕量級的。信號量函數的名字都以「sem_」打頭。線程使用的基本信號量函數有四個。 #########1、信號量初始化。 #########int sem_init （sem_t *sem ，int pshared，unsigned int value）;#########這是對sem指定的信號量進行初始化，設定好它的共享選項（linux 只支援為0，即表示它是目前進程的局部信號量），然後給它一個初始值VALUE。 #########2、等待信號量。給予信號量減1，然後等待直到信號量的值大於0。 #########int sem_wait（sem_t *sem）；#########3、釋放訊號量。信號量值加1。並通知其他等待線程。 #########int sem_post（sem_t *sem）；#########4、銷毀訊號量。我們用完信號量後都它進行清理。歸還佔有的一切資源。 #########int sem_destroy（sem_t *sem）；######

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <errno.h>
#define return_if_fail(p) if((p) == 0){printf ("[%s]:func error!/n", __func__);return;}
typedef struct _PrivInfo
{
sem_t s1;
sem_t s2;
time_t end_time;
}PrivInfo;
static void info_init (PrivInfo* thiz);
static void info_destroy (PrivInfo* thiz);
static void* pthread_func_1 (PrivInfo* thiz);
static void* pthread_func_2 (PrivInfo* thiz);
int main (int argc, char** argv)
{
pthread_t pt_1 = 0;
pthread_t pt_2 = 0;
int ret = 0;
PrivInfo* thiz = NULL;
thiz = (PrivInfo* )malloc (sizeof (PrivInfo));
if (thiz == NULL)
{
printf ("[%s]: Failed to malloc priv./n");
return -1;
}
info_init (thiz);
ret = pthread_create (&pt_1, NULL, (void*)pthread_func_1, thiz);
if (ret != 0)
{
perror ("pthread_1_create:");
}
ret = pthread_create (&pt_2, NULL, (void*)pthread_func_2, thiz);
if (ret != 0)
{
perror ("pthread_2_create:");
}
pthread_join (pt_1, NULL);
pthread_join (pt_2, NULL);
info_destroy (thiz);
return 0;
}
static void info_init (PrivInfo* thiz)
{
return_if_fail (thiz != NULL);
thiz->end_time = time(NULL) + 10;
sem_init (&thiz->s1, 0, 1);
sem_init (&thiz->s2, 0, 0);
return;
}
static void info_destroy (PrivInfo* thiz)
{
return_if_fail (thiz != NULL);
sem_destroy (&thiz->s1);
sem_destroy (&thiz->s2);
free (thiz);
thiz = NULL;
return;
}
static void* pthread_func_1 (PrivInfo* thiz)
{
return_if_fail(thiz != NULL);
while (time(NULL) < thiz->end_time)
{
sem_wait (&thiz->s2);
printf ("pthread1: pthread1 get the lock./n");
sem_post (&thiz->s1);
printf ("pthread1: pthread1 unlock/n");
sleep (1);
}
return;
}
static void* pthread_func_2 (PrivInfo* thiz)
{
return_if_fail (thiz != NULL);
while (time (NULL) < thiz->end_time)
{
sem_wait (&thiz->s1);
printf ("pthread2: pthread2 get the unlock./n");
sem_post (&thiz->s2);
printf ("pthread2: pthread2 unlock./n");
sleep (1);
}
return;
}

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###以上便是Linux下實作執行緒同步常用的三種方法，大家都知道，執行緒的最大的亮點便是資源共享性，而資源共享中的執行緒同步問題卻是一大難點。 ###

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