linux线程间同步

    在多线程编程中，线程同步是一个关键问题。而在Linux系统中，线程间同步更是一个必须要面对的挑战。因为Linux中的线程是共享相同的资源的，如果没有合适的同步机制，就会出现数据不一致、死锁等问题。本文将从实际案例出发，介绍Linux线程间同步的几种机制及其实现方法，帮助读者更好地理解和掌握这一重要技术。

    1.互斥锁

    互斥锁是最常用的线程同步机制之一，也是最基础的同步机制之一。它通过加锁和解锁来保证临界区代码被顺序执行。当一个线程获得了互斥锁后，其他线程就不能再获得该锁，直到该线程释放了锁。下面我们通过一个实际案例来演示互斥锁的使用。

    假设有两个线程A和B，它们都需要访问一个共享变量count，并对其进行加1操作。我们可以使用互斥锁来保证操作的原子性和正确性。

    c

    #include<pthread.h>

    #include<stdio.h>

    intcount=0;

    pthread_mutex_tmutex;

    void*thread_func(void*arg){

    for(inti=0;i<1000000;++i){

    pthread_mutex_lock(&mutex);

    count++;

    pthread_mutex_unlock(&mutex);

    }

    returnNULL;

    }

    intmain(){

    pthread_ttid1,tid2;

    pthread_mutex_init(&mutex,NULL);

    pthread_create(&tid1,NULL,thread_func,NULL);

    pthread_create(&tid2,NULL,thread_func,NULL);

    pthread_join(tid1,NULL);

    pthread_join(tid2,NULL);

    printf("count=%d\n",count);

    return0;

    }

    在上面的代码中，我们使用了互斥锁mutex来保护共享变量count。当一个线程需要访问count时，它会先调用pthread_mutex_lock()函数来获得锁，然后进行操作，最后再调用pthread_mutex_unlock()函数来释放锁。这样就可以保证count的值不会出现错误。

    2.条件变量

    互斥锁可以保证临界区代码被顺序执行，但是它并不能解决线程间的等待和通知问题。对于这种问题，我们可以使用条件变量来解决。条件变量是一种同步机制，它允许线程在满足特定条件时进入睡眠状态，并在其他线程满足该条件时被唤醒。

    下面我们通过一个实际案例来演示条件变量的使用。

    假设有两个线程A和B，它们都需要访问一个共享缓冲区buf，并对其进行读写操作。如果缓冲区为空，则线程A需要等待，直到缓冲区中有数据；如果缓冲区已满，则线程B需要等待，直到缓冲区有空闲位置。我们可以使用条件变量来解决这个问题。

    c

    #include<pthread.h>

    #include<stdio.h>

    #include<stdlib.h>

    #include<unistd.h>

    #defineBUF_SIZE8

    intbuf[BUF_SIZE];

    intread_pos=0,write_pos=0;

    intcount=0;

    pthread_mutex_tmutex;

    pthread_cond_tcond;

    void*producer(void*arg){

    for(inti=0;i<1000000;++i){

    pthread_mutex_lock(&mutex);

    while(count==BUF_SIZE){

    pthread_cond_wait(&cond,&mutex);

    }

    buf[write_pos]=rand()%100;

    write_pos=(write_pos+1)%BUF_SIZE;

    count++;

    printf("producer:count=%d\n",count);

    pthread_cond_signal(&cond);

    pthread_mutex_unlock(&mutex);

    }

    returnNULL;

    }

    void*consumer(void*arg){

    for(inti=0;i<1000000;++i){

    pthread_mutex_lock(&mutex);

    while(count==0){

    pthread_cond_wait(&cond,&mutex);

    }

    intdata=buf[read_pos];

    read_pos=(read_pos+1)%BUF_SIZE;

    count--;

    printf("consumer:count=%d,data=%d\n",count,data);

    pthread_cond_signal(&cond);

    pthread_mutex_unlock(&mutex);

    }

    returnNULL;

    }

    intmain(){

    pthread_ttid1,tid2;

    pthread_mutex_init(&mutex,NULL);

    pthread_cond_init(&cond,NULL);

    pthread_create(&tid1,NULL,producer,NULL);

    pthread_create(&tid2,NULL,consumer,NULL);

    pthread_join(tid1,NULL);

    pthread_join(tid2,NULL);

    return0;

    }

    在上面的代码中，我们使用了条件变量cond来解决线程间的等待和通知问题。当一个线程需要等待缓冲区有数据或空闲位置时，它会调用pthread_cond_wait()函数来进入睡眠状态；当另一个线程向缓冲区写入或读取数据时，它会调用pthread_cond_signal()函数来唤醒正在等待的线程。

    3.信号量

    信号量是一种更为通用的同步机制，它可以用于实现互斥锁和条件变量等其他同步机制。信号量有两种类型：二元信号量和计数信号量。二元信号量只能取0或1两个值，可以用于实现互斥锁；计数信号量可以取任意非负整数值，可以用于实现条件变量。

    下面我们通过一个实际案例来演示信号量的使用。

    假设有三个线程A、B和C，它们需要访问一个共享资源，并且只能有一个线程能够访问该资源。我们可以使用信号量来实现这个功能。

    c

    #include<pthread.h>

    #include<stdio.h>

    #include<semaphore.h>

    #defineMAX_COUNT10

    intcount=0;

    sem_tsem;

    void*thread_func(void*arg){

    for(inti=0;i<MAX_COUNT;++i){

    sem_wait(&sem);

    count++;

    printf("thread%d:count=%d\n",*(int*)arg,count);

    sem_post(&sem);

    }

    returnNULL;

    }

    intmain(){

    pthread_ttid1,tid2,tid3;

    sem_init(&sem,0,1);

    intarg1=1,arg2=2,arg3=3;

    pthread_create(&tid1,NULL,thread_func,&arg1);

    pthread_create(&tid2,NULL,thread_func,&arg2);

    pthread_create(&tid3,NULL,thread_func,&arg3);

    pthread_join(tid1,NULL);

    pthread_join(tid2,NULL);

    pthread_join(tid3,NULL);

    sem_destroy(&sem);

    return0;

    }

    在上面的代码中，我们使用了信号量sem来实现对共享资源的访问。当一个线程需要访问共享资源时，它会调用sem_wait()函数来尝试获取信号量；如果此时信号量的值为0，则该线程会进入睡眠状态，直到其他线程释放了信号量；当另一个线程访问完共享资源后，它会调用sem_post()函数来释放信号量，唤醒正在等待的线程。

    4.总结

    本文介绍了Linux线程间同步的几种机制及其实现方法。互斥锁、条件变量和信号量都是常用的同步机制，每种机制都有其适用的场景和优缺点。在实际应用中，我们需要根据具体情况选择合适的同步机制来保证程序的正确性和效率。

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