Linux线程同步

linux提供多种方式处理线程同步问题，最常用的是互斥锁、条件变量和信号量.

互斥锁

通过锁机制实现线程同步，只有获得锁的线程才能执行

初始化锁，在linux下线程的互斥数据类型为

pthread_mutex_t

，在使用前需要进行初始化

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);

加锁，在对共享资源访问时，需要对互斥量加锁，如果互斥量已经被加锁，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);

解锁，在完成对共享资源的访问后，需要释放锁

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

销毁锁，锁在使用完后，需要销毁以释放资源

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex *mutex);

可以用互斥锁解决主线程和子线程的打印问题

#include <iostream>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <semaphore.h>
using namespace std;

char* xwl = "xiewenlong";
char* zdg = "zhangdaoguang";

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
void* print(void* arg){
pthread_mutex_lock(&mutex);
char* name = (char*)arg;
while(*name != '\0'){
printf("%c",*name);
name++;
Sleep(10);
}
pthread_mutex_unlock(&mutex);
return (void*)0;
}

int main(){
pthread_t t;
if(!pthread_create(&t,NULL,print,xwl)){
printf("%s\n","Create thread success!");
}else{
printf("%s\n","Create thread failed!");
}
print(zdg);
pthread_join(t,NULL);
pthread_mutex_destroy(&mutex);
return 0;
}

该互斥锁等价于java中的lock

条件变量

前面介绍的互斥锁只是实现线程的同步，但多数情况下还需要线程的协作. 通常互斥锁和条件变量同时使用，条件变量包括条件和变量两部分，条件是由互斥量保护的，线程在改变条件状态时要先锁住互斥量. 条件变量主要有两个操作：线程等待条件成立而挂起；线程发出条件成立的信号，唤醒等待在该变量上的其他线程.

初始化条件变量，静态初始化和动态初始化

pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIER;
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr);

等待条件成立，释放互斥锁，阻塞当前线程直到条件成立

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);

唤醒其他等待线程

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);//唤醒所有等待线程

销毁条件变量

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

利用条件变量解决生产者/消费者问题

#include <iostream>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <semaphore.h>
using namespace std;

pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

struct node{
int num;
struct node* next;
}*head=NULL;

void cleanup_handler(void* arg){
printf("Clean up of thread!\n");
free(arg);
pthread_mutex_unlock(&mtx);
}

void* take(void* arg){
struct node* p = NULL;
pthread_cleanup_push(cleanup_handler,p);
for(int i=0; i<10; i++){
pthread_mutex_lock(&mtx);
while(head == NULL){
pthread_cond_wait(&cond,&mtx);
}
p = head;
head = head->next;
printf("get %d\n",p->num);
free(p);
pthread_cond_signal(&cond);
pthread_mutex_unlock(&mtx);
}
pthread_cleanup_pop(0);
return (void*)0;
}

void* put(void* arg){
struct node* p = (struct node*)arg;
pthread_cleanup_push(cleanup_handler,p);
for(int i=0; i<10; i++){
pthread_mutex_lock(&mtx);
while(head != NULL){
pthread_cond_wait(&cond,&mtx);
}
p = (struct node*)malloc(sizeof(struct node));
p->num = i;
p->next = NULL;
head = p;
printf("put %d\n",i);
pthread_cond_signal(&cond);
pthread_mutex_unlock(&mtx);
}
pthread_cleanup_pop(0);
return (void *)0;
}

int main(){
pthread_t c, p;
pthread_create(&c,NULL,take,NULL);
pthread_create(&p,NULL,put,NULL);
//pthread_cancel(c);
pthread_join(c,NULL);
pthread_join(p,NULL);
pthread_mutex_destroy(&mtx);
pthread_cond_destroy(&cond);
return 0;
}

条件变量等价于java中wait和notify

信号量

前面介绍的互斥锁和条件变量允许单个线程执行互斥的代码，若想若干线程同时执行，可以使用信号量来保证同步.

信号量初始化

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

等待信号量，阻塞当前线程，直到信号量改变为非零值，并做减法

int sem_wait(sem_t *sem);

释放信号量，给信号量做加法，并通知其他等待线程

int sem_post(sem_t *sem);

销毁信号量

int sem_destroy(sem_t *sem);

利用信号量实现两个线程轮流执行

#include <iostream>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <semaphore.h>
using namespace std;

sem_t has, em;

void* take(void* arg){
for(int i=0; i<10; i++){
sem_wait(&has);
printf("take element..\n");
sem_post(&em);
}
return (void*)0;
}

void* put(void* arg){
for(int i=0; i<10; i++){
sem_wait(&em);
printf("put element..\n");
sem_post(&has);
}
return (void*)0;
}

int main(){
sem_init(&has,0,0);
sem_init(&em,0,1);
pthread_t c, p;
pthread_create(&c,NULL,take,NULL);
pthread_create(&p,NULL,put,NULL);

pthread_join(c,NULL);
pthread_join(p,NULL);
sem_destroy(&has);
sem_destroy(&em);
return 0;
}