Linux线程同步

本文深入探讨Linux环境下处理线程同步问题的三种核心方法:互斥锁、条件变量和信号量。详细介绍了它们的初始化、使用过程、功能特性,并通过实例代码展示了如何利用这些机制解决线程间的数据共享和协作问题。重点对比了这些机制在实际应用中的使用场景及优缺点。

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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;
}
基于数据挖掘的音乐推荐系统设计与实现 需要一个代码说明,不需要论文 采用python语言,django框架,mysql数据库开发 编程环境:pycharm,mysql8.0 系统分为前台+后台模式开发 网站前台: 用户注册, 登录 搜索音乐,音乐欣赏(可以在线进行播放) 用户登陆时选择相关感兴趣的音乐风格 音乐收藏 音乐推荐算法:(重点) 本课题需要大量用户行为(如播放记录、收藏列表)、音乐特征(如音频特征、歌曲元数据)等数据 (1)根据用户之间相似性或关联性,给一个用户推荐与其相似或有关联的其他用户所感兴趣的音乐; (2)根据音乐之间的相似性或关联性,给一个用户推荐与其感兴趣的音乐相似或有关联的其他音乐。 基于用户的推荐和基于物品的推荐 其中基于用户的推荐是基于用户的相似度找出相似相似用户,然后向目标用户推荐其相似用户喜欢的东西(和你类似的人也喜欢**东西); 而基于物品的推荐是基于物品的相似度找出相似的物品做推荐(喜欢该音乐的人还喜欢了**音乐); 管理员 管理员信息管理 注册用户管理,审核 音乐爬虫(爬虫方式爬取网站音乐数据) 音乐信息管理(上传歌曲MP3,以便前台播放) 音乐收藏管理 用户 用户资料修改 我的音乐收藏 完整前后端源码,部署后可正常运行! 环境说明 开发语言:python后端 python版本:3.7 数据库:mysql 5.7+ 数据库工具:Navicat11+ 开发软件:pycharm
MPU6050是一款广泛应用在无人机、机器人和运动设备中的六轴姿态传感器,它集成了三轴陀螺仪和三轴加速度计。这款传感器能够实时监测并提供设备的角速度和线性加速度数据,对于理解物体的动态运动状态至关重要。在Arduino平台上,通过特定的库文件可以方便地与MPU6050进行通信,获取并解析传感器数据。 `MPU6050.cpp`和`MPU6050.h`是Arduino库的关键组成部分。`MPU6050.h`是头文件,包含了定义传感器接口和函数声明。它定义了类`MPU6050`,该类包含了初始化传感器、读取数据等方法。例如,`begin()`函数用于设置传感器的工作模式和I2C地址,`getAcceleration()`和`getGyroscope()`则分别用于获取加速度和角速度数据。 在Arduino项目中,首先需要包含`MPU6050.h`头文件,然后创建`MPU6050`对象,并调用`begin()`函数初始化传感器。之后,可以通过循环调用`getAcceleration()`和`getGyroscope()`来不断更新传感器读数。为了处理这些原始数据,通常还需要进行校准和滤波,以消除噪声和漂移。 I2C通信协议是MPU6050与Arduino交互的基础,它是一种低引脚数的串行通信协议,允许多个设备共享一对数据线。Arduino板上的Wire库提供了I2C通信的底层支持,使得用户无需深入了解通信细节,就能方便地与MPU6050交互。 MPU6050传感器的数据包括加速度(X、Y、Z轴)和角速度(同样为X、Y、Z轴)。加速度数据可以用来计算物体的静态位置和动态运动,而角速度数据则能反映物体转动的速度。结合这两个数据,可以进一步计算出物体的姿态(如角度和角速度变化)。 在嵌入式开发领域,特别是使用STM32微控制器时,也可以找到类似的库来驱动MPU6050。STM32通常具有更强大的处理能力和更多的GPIO口,可以实现更复杂的控制算法。然而,基本的传感器操作流程和数据处理原理与Arduino平台相似。 在实际应用中,除了基本的传感器读取,还可能涉及到温度补偿、低功耗模式设置、DMP(数字运动处理器)功能的利用等高级特性。DMP可以帮助处理传感器数据,实现更高级的运动估计,减轻主控制器的计算负担。 MPU6050是一个强大的六轴传感器,广泛应用于各种需要实时运动追踪的项目中。通过 Arduino 或 STM32 的库文件,开发者可以轻松地与传感器交互,获取并处理数据,实现各种创新应用。博客和其他开源资源是学习和解决问题的重要途径,通过这些资源,开发者可以获得关于MPU6050的详细信息和实践指南
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