228.线程同步（互斥、读写、自旋锁）

线程同步是指在多线程编程中控制多个线程对共享资源的访问，以避免数据竞争和不一致性。

一、竞态条件和锁

（1）竞态条件

竞态条件 是指多个线程在不进行适当同步的情况下同时访问和操作共享资源，导致程序行为不可预测或不一致的问题。

竞态条件示例

假设有两个线程同时对全局变量 counter 进行操作：

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>

int counter = 0;

void* increment_counter(void* arg) {
    for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
        counter++;
    }
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t t1, t2;
    pthread_create(&t1, NULL, increment_counter, NULL);
    pthread_create(&t2, NULL, increment_counter, NULL);
    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);
    printf("Counter: %d\n", counter);
    return 0;
}

期望的输出是 2000000，但由于竞态条件，实际输出可能小于 2000000。

（2）如何避免竞态条件

上述程序如果想避免竞态条件，有下面两种解决方案：

1. 避免多线程写入一个地址。
2. 给资源加锁，使同一时间操作特定资源的线程只有一个。

方法1可以通过逻辑上组织业务逻辑实现，这里我们讲方法2。

想解决竞争问题，我们需要互斥锁——mutex。

（3）常见的锁机制

锁主要用于互斥，即在同一时间只允许一个执行单元（进程或线程）访问共享资源。包括上面的互斥锁在内，常见的锁机制共有三种：

1. 互斥锁（Mutex）：保证同一时刻只有一个线程可以执行临界区的代码。
2. 读写锁（Reader/Writer Locks）：允许多个读者同时读共享数据，但写者的访问是互斥的。
3. 自旋锁（Spinlocks）：在获取锁之前，线程在循环中忙等待，适用于锁持有时间非常短的场景，一般是Linux内核使用。

二、互斥锁

互斥锁保证一次只有一个线程能够持有锁，从而防止多个线程同时访问共享资源。

用途

• 保护共享数据，避免同时被多个线程访问导致的数