浅谈Linux中线程同步的方法有哪些

时间：2020-08-07 22:44:28

关键字： Linux mutex 线程

[导读]今天，我将讨论有关Linux的文章：线程同步方法是什么？现在我将简要介绍Linux：什么是线程同步方法？希望这对大家有帮助。

今天，我将讨论有关Linux的文章：线程同步方法是什么? 现在我将简要介绍Linux：什么是线程同步方法? 希望这对大家有帮助。

Linux下实现线程同步的三种方法：

一、互斥锁(mutex)

通过锁机制实现线程间的同步。

1、初始化锁。在Linux下，线程的互斥量数据类型是pthread_mutex_t。在使用前，要对它进行初始化。

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);

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);

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);

4、销毁锁。锁在是使用完成后，需要进行销毁以释放资源。

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex *mutex);

#include

#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

复制代码

二、条件变量(cond)

与互斥锁不同，条件变量是用来等待而不是用来上锁的。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。条件变量分为两部分：条件和变量。条件本身是由互斥量保护的。线程在改变条件状态前先要锁住互斥量。条件变量使我们可以睡眠等待某种条件出现。条件变量是利用线程间共享的全局变量进行同步的一种机制，主要包括两个动作：一个线程等待“条件变量的条件成立”而挂起;另一个线程使“条件成立”(给出条件成立信号)。条件的检测是在互斥锁的保护下进行的。如果一个条件为假，一个线程自动阻塞，并释放等待状态改变的互斥锁。如果另一个线程改变了条件，它发信号给关联的条件变量，唤醒一个或多个等待它的线程，重新获得互斥锁，重新评价条件。如果两进程共享可读写的内存，条件变量可以被用来实现这两进程间的线程同步。

1、初始化条件变量。

静态态初始化，pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIER;

动态初始化，int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond， pthread_condattr_t *cond_attr);

2、等待条件成立。释放锁，同时阻塞等待条件变量为真才行。timewait()设置等待时间，仍未signal，返回ETIMEOUT(加锁保证只有一个线程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);

4、激活条件变量。pthread_cond_signal，pthread_cond_broadcast(激活所有等待线程)

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

5、清除条件变量。无线程等待，否则返回EBUSY

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

[cpp] view plain copy

#include

#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);

{

pthread_cond_signal(&cond);

}while(1);

sleep(20);

pthread_exit(0);

return 0;

}

复制代码

#include

#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;

}

复制代码

三、信号量(sem)

如同进程一样，线程也可以通过信号量来实现通信，虽然是轻量级的。信号量函数的名字都以“sem_”打头。线程使用的基本信号量函数有四个。

1、信号量初始化。

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

这是对由sem指定的信号量进行初始化，设置好它的共享选项(linux 只支持为0，即表示它是当前进程的局部信号量)，然后给它一个初始值VALUE。

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。信号量值加1。并通知其他等待线程。

int sem_post(sem_t *sem);

4、销毁信号量。我们用完信号量后都它进行清理。归还占有的一切资源。

int sem_destroy(sem_t *sem);

#include

#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;

}

复制代码

相信通过Linux：线程同步的方法有哪些?这篇文章能帮到你，在和好朋友分享的时候，也欢迎感兴趣小伙伴们一起来探讨。