【linux系统编程】线程互斥

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1.线程互斥

到目前为止我们学了线程概念，线程控制接下来我们进行下一个话题，线程互斥。

有没有考虑过这样的一个问题，既然线程一旦被创建，几乎所有资源都是被所有线程共享的。 那多个线程访问同一份共享资源有没有什么问题？

下面我们模拟一下抢票的场景，看到底有没有什么问题

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <string>

//共享资源，火车票
int ticket = 10000;

void *GetTicket(void *args)
{
   
   
    string name = static_cast<const char *>(args);
    while (true)
    {
   
   
        if (ticket > 0)
        {
   
   
            cout << name << " 正在进行抢票: " << ticket << endl;
            ticket--;
            //以微秒为单位进行休眠，模拟真实的抢票要花费的时间
            usleep(1000);
        }
        else
        {
   
   
            break;
        }
    }
}

int main()
{
   
   
    pthread_t t1,t2,t3,t4;
    pthread_create(&t1,nullptr,GetTicket,(void*)"thread->1");
    pthread_create(&t2,nullptr,GetTicket,(void*)"thread->2");
    pthread_create(&t3,nullptr,GetTicket,(void*)"thread->3");
    pthread_create(&t4,nullptr,GetTicket,(void*)"thread->4");

    pthread_join(t1,nullptr);
    pthread_join(t2,nullptr);
    pthread_join(t3,nullptr);
    pthread_join(t4,nullptr);
    return 0;
}

这好像没出问题啊，到0就停止了。

我们想看到的现象是抢到负数票，那怎么实现呢？
既然想看到抢到负数票，就需要尽可能的让多个线程交叉执行。
多个线程交叉执行的本质：就是让调度器尽可能的频繁发生线程调度与切换。
线程一般在时候发生切换呢？
时间片到了，来了更高优先级的线程，线程等待的时候。
那线程是什么时候检测上面的问题呢？
从内核态返回用户态的时候，线程要对调度状态进行检测，如果可以，就直接发生线程切换。

那修改一下代码

void *GetTicket(void *args)
{
   
   
    string name = static_cast<const char *>(args);
    while (true)
    {
   
   
        if (ticket > 0)
        {
   
   
        	//线程进来之后先休眠，要被切走
        	usleep(1000);
            cout << name << " 正在进行抢票: " << ticket << endl;
            ticket--;
            //以微秒为单位进行休眠，模拟真实的抢票要花费的时间
            //usleep(1000);
        }
        else
        {
   
   
            break;
        }
    }
}

出问题了，放了10000张票，结果抢到了10002张票。现象就是这个样子。那为什么会出现这样的问题？

所谓判断的本质逻辑：
1.读取内存数据到CPU内部寄存器中
2.进行判断

所以ticket=1，多个线程可以同时执行这个判断语句。对不对？
答案是不对的。
我们只有一个CPU，只有一份寄存器，不能同时判断，但是注意我们写了usleep语句，线程是要被切换走的，但是寄存器中的内容是属于这个线程的，因此1也要被切走

剩下的线程就可以开始竞争执行if语句判断，但很不幸最终都是进去后先休眠。

当线程1被唤醒恢复上下文，执行到ticket- -;
ticket- -有三个步骤：1.读取数据，2.更改数据，3.写回数据
此时线程1从内存中读取ticke还是1，最后写回内存ticket为0

线程2此时醒来恢复上下文，它不知道内存中ticket此时是0，往下执行到ticket- -，此时取到ticket是0，最后写回内存中ticket是-1

线程3也醒来，和上面一样，执行到ticket- -，从内存取到数据为-1，写回内存中是-2

就是因为我们判断和更新分开，而在中间发生了大量的线程切换，最终可能出现ticket本来就是1了，但是你却放了大量线程同时进来对ticket变量做减减操作，进而导致我们的数据出现了负