【Linux】linux线程--线程的同步与互斥_linux线程如何确保临界区互斥访问-优快云博客

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本文深入探讨了互斥与同步机制在多线程环境中的应用。解释了互斥锁的工作原理及其如何确保线程安全地访问临界资源，并介绍了条件变量的作用与使用方法。

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1 互斥

1.1 互斥要做的事情

控制线程的访问时序。但多线程能够同时访问到临界资源的时候，有可能会导致线程执行的结果产生二义性。

而互斥就是要保证多个线程在访问同一个临界资源，执行临界区代码的时候（非原子性操作，线程可以被打断）控制访问时序。

让一个线程独占临界资源执行完，再让另一个独占执行。

临界资源：能够被多个线程访问到的资源，称之为临界资源。

临界区代码：访问临界资源的代码。

1.2 如何做到控制线程访问时序（互斥锁）

互斥锁的原理：

互斥锁的本质就是0/1计数器，计数器的取值只能是0或者1；

计数器的值为1的时候：表示当前线程可以获取到互斥锁，而去访问临界资源；

计数器的值为0的时候：表示当前线程不可以获得到互斥锁，从而不能访问临界资源。

加锁：加锁成功的时候，会将计数器的值从1改成0；

解锁：解锁成功的时候，会将计数器的值从0改成1。

多个线程要执行临界区当中的代码时候为了保证互斥，都是需要先进行加锁保护的。

极端情况下，多个线程同时进行加锁操作，只有一个线程可以枷锁成功，其他线程加锁失败。

1.3 互斥锁的计数器当中如何保证原子性

为什么计数器当中的值从0->1，或者1->0是原子性的呢？

操作不可被分割；要么开始要么没有开始不存在中间状态。

直接使用寄存器当中的值和计数器内存的值交换，而交换时一条汇编指令就可以完成的。

加锁的时候：寄存器当中的值设置为（0），寄存器与计数器当中的值进行交换。

第一种情况：计数器的值为1，说明锁空闲，没有被线程加锁

第二种情况：计数器的值为0，说明锁忙碌，被其他的线程加锁拿走

解锁的时候：寄存器当中的值设置为（1），寄存器与计数器当中的值进行交换。

1.4 互斥锁的接口

1.4.1 初始化 pthread_mutex_t mutex;

动态初始化：

int pthread_mutex_init ( pthread_mutex_t *restrict mutex , const pthread_mutexattr_t *restrict arrt ) ;

参数：

pthread_mutex_t：互斥锁类型（结构体）

attr：互斥锁的属性，一般直接传递NULL

静态初始化： pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

1.4.2 加锁 1->0

int pthread_mutex_lock ( pthread_mutex_t *mutex ); --阻塞加锁

int pthread_mutex_trylock ( pthread_mutex_t *mutex ); --非阻塞加锁，搭配循环使用判断是否加锁成功

int pthread_mutex_timelock ( pthread_mutex_t *restrict mutex , const struct timespec *restrict abs_timeout ); --带有超时时间的加锁接口

struct timespec {

tim_t tv_sec; // secods 5

long tv_nsec; // and nanoseconds

};

1.4.3 解锁 0->1

int pthread_mutex_unlock ( pthread_mutex_t *mutex );

线程所有可能退出的地方都进行解锁！

互斥：可以保证多个线程对于临界资源进行访问的互斥属性。

如果只保证互斥，有可能出现“线程饥饿”问题。

线程同步：在保证互斥的前提下，保证多个线程对临界资源访问的合理性。

1.4.4 销毁

int pthread_mutex_distory ( pthread_mutex *mutex );

1.4.5 使用

代码如下，大意为两个工作线程同时抢票，一共一百张，若没有加入互斥锁，俩线程可能出现二义性，造成线程不安全的情况，而加入互斥锁之后就不存在二义性问题。

    1 #include<stdio.h>
    2 #include<pthread.h>
    3 #include<unistd.h>
    4 int g_tickets=100;
    5 pthread_mutex_t g_lock;
    6 void* mythread_start(void* arg){
    7   while(1){
    8     pthread_mutex_lock(&g_lock);
    9     if(g_tickets<=0){
   10       pthread_mutex_unlock(&g_lock);
   11       break;
   12     }
   13     printf("i am %p,i hace tickets %d\n",pthread_self(),g_tickets);
   14     g_tickets--;
   15     pthread_mutex_unlock(&g_lock);
   16   }
   17   return NULL;
   18 }
   19 int main(){
   20   pthread_mutex_init(&g_lock,NULL);
   21   pthread_t tid[2];
   22   int i;
   23   for(i=0;i<2;i++){
   24     int ret=pthread_create(&tid[i],NULL,mythread_start,NULL);
   25     if(ret<0){
   26         perror("pthread_create\n");
   27         return 0;
   28     }
   29   }
   30   for(i=0;i<2;i++)
   31   {
   32     pthread_join(tid[i],NULL);
   33   }
   34   pthread_mutex_destroy(&g_lock);
   35   return 0;
   36 }