【IO】Day6 线程同步互斥

原创已于 2023-06-29 07:06:36 修改 · 381 阅读

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#linux #c#

于 2023-06-29 07:02:16 首次发布

文章通过C语言代码示例介绍了多线程同步中的互斥锁、无名信号量和条件变量的概念及用法。互斥锁解决临界资源的访问冲突，无名信号量保证线程按顺序执行，条件变量则在资源可用时唤醒等待线程，所有示例都展示了线程间的同步行为。

1. 多线程互斥

互斥解决多个线程同时访问临界资源的问题，没有解决线程执行顺序问题

临界资源：多个线程共享的资源

临界区：访问临界资源的那段代码

#include <myhead.h>

int num = 5000; //定义全局变量　临界资源

//1.定义一个锁资源,并初始化
//pthread_mutex_t mutex;  //动态初始化互斥锁
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;  //静态初始化互斥锁

//定义线程体1
void *task1(void *arg)
{
	while(1)
	{
		//３．给临界区上锁
		pthread_mutex_lock(&mutex);

		if(num<100)
		{
			printf("张三取钱结束，因为没有钱了\n");

			//当循环结束时，也要释放锁资源
			pthread_mutex_unlock(&mutex);

			break;
		}

		num = num -100;
		printf("张三取钱100元，还剩余%d元\n",num);
		//释放锁资源
		pthread_mutex_unlock(&mutex);
		sleep(1);
	}	
	pthread_exit(NULL);  //退出线程
}

//定义线程体2
void *task2(void *arg)
{
	while(1)
	{
		//3. 给临界区上锁
		pthread_mutex_lock(&mutex);

		if(num<50)
		{
			printf("李四取钱结束，因为没有钱了\n");

			//当循环结束时，也要释放锁资源
			pthread_mutex_unlock(&mutex);

			break;
		}

		num = num -50;
		printf("李四取钱50元，还剩余%d元\n",num);	

		//释放锁资源
		pthread_mutex_unlock(&mutex);

		sleep(1);
	}
	pthread_exit(NULL);  //退出线程
}


int main(int argc, const char *argv[])
{
	//创建２个线程
	pthread_t tid1,tid2;
	if(pthread_create(&tid1,NULL,task1,NULL))
	{
			perror("create tid1 error");
			return -1;
	}
	if(pthread_create(&tid2,NULL,task2,NULL))
	{
			perror("create tid2 error");
			return -1;
	}

	//2. 初始化互斥锁
	pthread_mutex_init(&mutex,NULL);

	//回收子线程资源
	pthread_join(tid1,NULL);
	pthread_join(tid2,NULL);

	//５．销毁锁资源
	pthread_mutex_destroy(&mutex);

	return 0;
}

运行结果如下：

ubuntu@ubuntu:day6$ gcc 05pthread_mutex.c  -pthread
ubuntu@ubuntu:day6$ ./a.out 
张三取钱100元，还剩余4900元
李四取钱50元，还剩余4850元
李四取钱50元，还剩余4800元
张三取钱100元，还剩余4700元
李四取钱50元，还剩余4650元
张三取钱100元，还剩余4550元
李四取钱50元，还剩余4500元
张三取钱100元，还剩余4400元
李四取钱50元，还剩余4350元
张三取钱100元，还剩余4250元
李四取钱50元，还剩余4200元
张三取钱100元，还剩余4100元
李四取钱50元，还剩余4050元
张三取钱100元，还剩余3950元
李四取钱50元，还剩余3900元
张三取钱100元，还剩余3800元
李四取钱50元，还剩余3750元
张三取钱100元，还剩余3650元
李四取钱50元，还剩余3600元
张三取钱100元，还剩余3500元
^Z
[5]+  已停止               ./a.out

2. 线程同步之无名信号量

已知线程的执行顺序，并且线程是按指定顺序进行执行

#include <myhead.h>

/*-----多线程同步：无名信号量---------*/
//1.定义一个无名信号量
sem_t sem;

//定义生产者线程体１
void *task1(void *arg)
{
	while(1)
	{
		sleep(2);
		printf("我生产了一辆汽车\n");

		//释放资源（task1）
		sem_post(&sem);
	}
}

//定义消费者线程体2
void *task2(void *arg)
{
    while(1)
    {
        sleep(1);
        
        //3、申请资源
        sem_wait(&sem);    //如果没有资源可以申请，则等待
        printf("我消费了一辆汽车\n");
    }

}


int main(int argc, const char *argv[])
{
	//创建２个线程
	pthread_t tid1,tid2;
	if(pthread_create(&tid1,NULL,task1,NULL))
	{
			perror("create tid1 error");
			return -1;
	}
	if(pthread_create(&tid2,NULL,task2,NULL))
	{
			perror("create tid2 error");
			return -1;
	}

	//2. 初始化无名信号量
	sem_init(&sem,0,1);  //第一个０表示该无名信号量用于线程之间，第二个１表示初始值时，没有资源可以申请

	//回收子线程资源：阻塞等待回收
   	pthread_join(tid1, NULL);
   	pthread_join(tid2, NULL);

    //5、销毁无名信号量
    sem_destroy(&sem);

    return 0;
}

运行结果如下：

ubuntu@ubuntu:day6$ gcc 06pthread_sem.c  -pthread
ubuntu@ubuntu:day6$ ./a.out 
我消费了一辆汽车
我生产了一辆汽车
我消费了一辆汽车
我生产了一辆汽车
我消费了一辆汽车
我生产了一辆汽车
我消费了一辆汽车
^Z
[4]+  已停止               ./a.out

3. 线程同步之条件变量

实现线程同步，可以使用无名信号量，但是如果线程较多操作起来就麻烦，此时可以使用条件变量来完成，条件变量中维护了一个线程队列，如果有线程需要使用资源，先将其放入该队列中，等有资源后，再分配给该线程。

多个线程在进入队列时，也会产生竞态，所以，条件变量实现线程同步，也需要借助互斥锁来完成

#include <myhead.h>

/*-----线程同步之条件变量---------*/

//1.定义条件变量
pthread_cond_t cond;
//11.定义互斥锁
pthread_mutex_t mutex;

//定义生产者线程体１
void *task1(void *arg)
{
	while(1)
	{
		sleep(2);
	//	printf("我生产了一辆汽车\n");
		printf("我生产了三辆汽车\n");
		
		//3.释放资源，并通知队列中的等待线程
	//	pthread_cond_signal(&cond);  //唤醒第一个等待线程
		pthread_cond_broadcast(&cond);  //广播唤醒所有等待线程
	}
}

//定义消费者线程体2
void *task2(void *arg)
{
    while(1)
    {
        sleep(1);
        
        //33、上锁
		pthread_mutex_lock(&mutex);
		//4、申请资源
        pthread_cond_wait(&cond,&mutex);
        printf("%#lx: 我消费了一辆汽车\n",pthread_self());

		//44、解锁
		pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }

}


int main(int argc, const char *argv[])
{
	//创建４个线程
	pthread_t tid1,tid2,tid3,tid4;
	if(pthread_create(&tid1,NULL,task1,NULL))
	{
			perror("create tid1 error");
			return -1;
	}
	if(pthread_create(&tid2,NULL,task2,NULL))
	{
			perror("create tid2 error");
			return -1;
	}
	if(pthread_create(&tid3,NULL,task2,NULL))
	{
			perror("create tid3 error");
			return -1;
	}
	if(pthread_create(&tid4,NULL,task2,NULL))
	{
			perror("create tid4 error");
			return -1;
	}

	//2、初始化条件变量
	pthread_cond_init(&cond,NULL);
	//22、初始化互斥锁
	pthread_mutex_init(&mutex,NULL);

			return -1;
	}
	if(pthread_create(&tid3,NULL,task2,NULL))
	{
			perror("create tid3 error");
			return -1;
	}
	if(pthread_create(&tid4,NULL,task2,NULL))
	{
			perror("create tid4 error");
			return -1;
	}

	//2、初始化条件变量
	pthread_cond_init(&cond,NULL);
	//22、初始化互斥锁
	pthread_mutex_init(&mutex,NULL);

	//回收子线程资源：阻塞等待回收
   	pthread_join(tid1, NULL);
   	pthread_join(tid2, NULL);
   	pthread_join(tid3, NULL);
   	pthread_join(tid4, NULL);

    //5、释放条件变量
	pthread_cond_destroy(&cond);
	//55、释放锁资源
	pthread_mutex_destroy(&mutex);

    return 0;
}

运行结果如下：

ubuntu@ubuntu:day6$ ./a.out 
我生产三辆汽车
0x7fa6333b9700: 我消费了一辆汽车
0x7fa6343bb700: 我消费了一辆汽车
0x7fa633bba700: 我消费了一辆汽车
我生产三辆汽车
0x7fa633bba700: 我消费了一辆汽车
0x7fa6333b9700: 我消费了一辆汽车
0x7fa6343bb700: 我消费了一辆汽车
我生产三辆汽车
0x7fa633bba700: 我消费了一辆汽车
0x7fa6333b9700: 我消费了一辆汽车
0x7fa6343bb700: 我消费了一辆汽车
我生产三辆汽车
0x7fa633bba700: 我消费了一辆汽车
0x7fa6333b9700: 我消费了一辆汽车
0x7fa6343bb700: 我消费了一辆汽车