15-多线程互斥和同步

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注意：与进程区分开来。
线程同步：多个线程按照先后顺序执行，就像是排了队列一样，一个一个来；
线程互斥：多个线程对同个资源操作，为了保证被访问资源的原子性（一次只能有一个线程使用资源），所以要互斥。

一、什么是多线程

 *  线程就是“轻量级”的进程。
 *  线程与创建它的进程共享代码段，数据段。
 *  线程拥有自己独立的栈

二、多线程函数

（转）所谓最简单的多线程编程，就是通过pthread_create，pthread_join，pthread_exit 3个api实现线程的创建与终止，而创建的线程只做些简单的工作，如printf一些文字信息。
使用pthread_create，pthread_join，pthread_exit 进行多线程编程的模型如下图所示：

pthread_create

//原型：int pthread_create(pthread_t * thread, const pthread_attr_t * attr, void * (*start_routine)(void *), void *arg) 
/*
* @function ：按照给定的线程属性attr，在一个进程（process）里创建一个新的线程（thread） 
* @param attr： 
*     如果attr为NULL，则内部使用默认的属性创建线程。如果在创建线程之后修改attr，则不会对已经创建的线程产生作用。 
* @param thread： 
*     创建线程成功后，将thread id存储在thread里，返回给调用者。否则thrad的值是未定义的。 
* @param start_routine： 
*     线程创建成功后，开始执行线程的入口函数start_routine。 
* @param arg： 
*     调用者通过arg指定线程入口函数start_routine专用的参数指针。 
* @return ： 
*     0 创建成功返回0 
*     EAGAIN 超出了系统限制，如创建的线程太多，一个进程最多创建线程个数PTHREAD_THREADS_MAX。 
*     EINVAL attr 的值无效 
* @note pthread_create创建线程后，线程入口函数即开始执行，不需要显示控制start_routine开始执行。 
*     如果确实需要将此过程分为create和start2步来控制start_routine稍后执行， 
*     start_routine可以通过等待一个条件变量（condition variable）进行同步的方式实现。 
* Compile and link with -pthread.例如：gcc -lphread
*/

pthread_exit
/**
- @function void pthread_exit(void *status)
- 终止调用者线程，
- @param status：
- 通过status设置退出状态，与pthread_join配对使用
- @return ：
- 无返回值，也不返回到其调用方。
- @note
- 如果调用线程尚未分离，则线程ID 和status 指定的退出状态将保持不变，直到应用程序调用pthread_join() 以等待该线程。
- 否则，将忽略status。线程ID 可以立即回收。
  */
pthread_join
/**
- @function int pthread_join(pthread_t thread, void **status);
- 等待thread线程终止
- 如果thread指代的线程还没有终止，将导致调用线程挂起，直到thread指代的线程终止为止。
- @param thread：
- 所等待的的终止线程
- @param status：
- 如果status的值不等于NULL，那么它的值是通过pthread_exit传递过来的。
- @return ：
- 0 线程已经终止
- ESRCH 多个线程不能等待同一个线程完成，否则仅有一个线程会成功完成。其他线程将终止，并返回ESRCH 错误。
- EINVAL 一般表示thread是无效的参数
- EDEADLK 检查到死锁状态
- @note
- 如果调用线程尚未分离，则线程ID 和status 指定的退出状态将保持不变，直到应用程序调用pthread_join() 以等待该线程。
- 否则，将忽略status。线程ID 可以立即回收。
  */

三、多线程互斥：

1. 线程的互斥函数有：
     1. 互斥函数的初始化：pthread_mutex_init（）；
     2. 互斥函数的锁定函数pthread_mutex_lock（）；
     3. 互斥函数的解锁函数pthread_mutex_unlock（）；
     4. 互斥函数的销毁函数pthread_mutex_destroy（）。

四、多线程同步：

1.  初始化
    * pthread_cond_t cond_ready=PTHREAD_COND_INITIALIZER;
2. 等待条件成熟
    * pthread_cond_wait(&cond_ready, &mut);
3. 设置条件成熟
    * pthread_cond_signal(&cond_ready);

五、代码

/*
* Filename : pthread.c
* Date     : 2017-04-24
* Author   : Chen-nan
* Description: 这个程序是测试线程的互斥访问的。即：多个线程同时对一个资源进行访问时候，为了保证所操作资源的原子性，一次只能一个线程访问。
* */
* #include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

pthread_t pthread[2] ;
int count = 0 ;
pthread_mutex_t mutex ;
/*线程A的函数*/
void * funa( ) {
    int i = 0 ;
    for( i=0 ; i<10 ; ++i ) {
        pthread_mutex_lock(  &mutex ) ;
        ++count ;
        printf( "chen is  : %d \n" , count ) ;
        pthread_mutex_unlock(  &mutex ) ;
    }
    pthread_exit(NULL) ;
} 
/*线程B的函数*/
void * funb( ) {
    int i = 0 ;
    for( i=0 ; i<5 ; ++i ) {
        pthread_mutex_lock(  &mutex ) ;
        ++count ;
        printf( "nan is  : %d \n" , count ) ;
        pthread_mutex_unlock(  &mutex ) ;
    }
    pthread_exit(NULL) ;
}

int  main ( int argc , char **argv ) {

    pthread_mutex_init( &mutex , NULL ) ;
    /*创建线程A*/
    pthread_create( &pthread[0] , NULL , funa , NULL ) ;
    /*创建线程B*/
    pthread_create( &pthread[1] , NULL , funb , NULL ) ;
    /*等待线程A完成*/
    pthread_join( pthread[0] , NULL ) ;
    /*等待线程B完成*/
    pthread_join( pthread[1] , NULL ) ;

    return 0 ;
}

/*
* Filename : pthread.c
* Date     : 2017-04-24
* Author   : Chen-nan
* Description: 这个程序是测试线程的同步访问的。即：多个线程按照一定顺序先后执行。
* */
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

pthread_t pthread[2] ;
int count = 0 ;
pthread_mutex_t mutex ;
/*创建条件变量，其实就是创建一个信号，通过发送信号，唤醒其他进程。*/
pthread_cond_t flag=PTHREAD_COND_INITIALIZER;
/*线程A的函数*/
void * funa( ) {
    int i = 0 ;
    for( i=0 ; i<10 ; ++i ) {
        pthread_mutex_lock(  &mutex ) ;
        ++count ;
        printf( "chen is  : %d \n" , count ) ;
        pthread_mutex_unlock(  &mutex ) ;
        if( 10==count ) {
            printf( "--------chen is finish .-------------\n")  ;
            /*条件成熟，发送条件变量（信号）通过其他进程可以开工了*/
            pthread_cond_signal(  &flag ) ;
        }
    }
    pthread_exit(NULL) ;
} 
/*线程B的函数*/
void * funb( ) {
    int i = 0 ;
    pthread_mutex_lock(  &mutex ) ;
    if( 10>count ) {
    /*判断当前条件是否可以执行，不行就挂起等待。直到有其他线程发送信号为止。这个函数包含了一个互斥锁，进入挂起状态时会解锁（所以前面有一个互斥锁的锁定），当收到信号后就会加上互斥锁（所以后边要解锁）。*/
        pthread_cond_wait( &flag  , &mutex ) ; 
    } 
    for( i=0 ; i<5 ; ++i ) {
        ++count ;
        printf( "nan is  : %d \n" , count ) ;
        pthread_mutex_unlock(  &mutex ) ;
    }
    pthread_exit(NULL) ;
}

int  main ( int argc , char **argv ) {

    pthread_mutex_init( &mutex , NULL ) ;
    /*创建线程A*/
    pthread_create( &pthread[0] , NULL , funa , NULL ) ;
    /*创建线程B*/
    pthread_create( &pthread[1] , NULL , funb , NULL ) ;
    /*等待线程A完成*/
    pthread_join( pthread[0] , NULL ) ;
    /*等待线程B完成*/
    pthread_join( pthread[1] , NULL ) ;

    return 0 ;
}