操作系统：线程互斥|线程同步|锁的概念_操作系统互斥锁-优快云博客

int ticket = 1000;
void *ThreadTicket(void *args)
{
    pthread_detach(pthread_self());
    // 给每个线程进行死循环抢票
    while (1)
    {
        const char *name = (const char *)args;
        if (ticket > 0)
        {
            usleep(1000);
            printf("%s get a ticket: %d\n", name, ticket--);
        }
        else
            break;
    }
}
int main()
{
    pthread_t tid1;
    pthread_create(&tid1, nullptr, ThreadTicket, (void*)"Thread 1");
    pthread_t tid2;
    pthread_create(&tid2, nullptr, ThreadTicket, (void*)"Thread 2");
    pthread_t tid3;
    pthread_create(&tid3, nullptr, ThreadTicket, (void*)"Thread 3");

    while (1)
    {
        if (ticket < 0)
        {
            cout << "主线程结束抢票" << endl;
            sleep(5);
            break;
        }
    }
}

这段代码我们希望实现4个线程同时抢票，所以我们定义了一块共享资源ticket，并且4个线程同时对ticket进行减一……

然而我们实际运行程序时会发现，ticket输出不合理为负数，也就是数据出现了损害！那么为什么会出现这种情况呢？

简单来说：CPU调度最后一次时，可能该时间片结束，需要等待下次调度来完成减减，然而CPU又调度了其他线程，那么这里就会出现两次或多次减减……

根本原因：首先if语句判断为真的同时，线程可以并发切换到其他线程。其次我们通过unsleep模拟抢票登记信息，在这段时间内也会有很多线程被CPU调度。最后ticket减减并不是原子性的操作，在中间过程可能会出现线程切换！

如何理解ticket减减不是原子的呢？首先我们知道原子的，即为完成或者失败！在CPU调度过程中，需要将共享变量ticket从内存加载到寄存器中，接着更新寄存器里面的值，执行-1操作，最后将新值从寄存器写回共享变量ticket的内存地址。也就是我们语言层面的一条语句，在底层需要3个动作实现，而每个动作是原子的，结合起来ticket减减不是原子的（6种情况）。

因为我们无法实现原子性，所以我们需要控制线程需要有互斥行为，当代码进入临界区执行时，不允许其他线程进入该临界区。一般情况下，我们对临界区进行加锁来实现互斥！

1.1.互斥量|锁的使用

大部分情况，线程使用的数据都是局部变量，变量的地址空间在线程栈空间内，这种情况，变量归属单个线程，其他线程无法获得这种变量。

但有时候，很多变量都需要在线程间共享，这样的变量称为共享变量，可以通过数据的共享，完成线程之间的交互。

在上面的讲解中，我们得出：多个线程并发的操作共享变量，会带来一些问题。因此我们需要实现某一线程访问并修改共享资源时，需要对其他线程进行限制，加锁保护当前线程，实现合理修改。

那么我们如何使用互斥量，即如何在多线程并发场景进行加锁么？

// 定义全局锁
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

首先我们需要定义一个锁，可以是局部的和全局的，这里我们先介绍全局锁，定义完锁之后，对锁的基本操作有：上锁和解锁

// 上锁
pthread_mutex_lock(&mutex);
// 解锁
pthread_mutex_unlock(&mutex);

当我们学会了上锁和解锁，我们就需要探究在哪里加锁和解锁！我们知道互斥量是为了避免“多个线程并发操作临界资源”而存在的，所以我们加锁解锁是需要在临界区中的！以我们抢票的例子：

int ticket = 1000;
// 定义全局锁
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
// 全局使用锁
void *ThreadTicketGlobal(void *args)
{
    pthread_detach(pthread_self());
    // 给每个线程进行死循环抢票
    while (1)
    {
        // 进行加锁
        pthread_mutex_lock(&mutex);

        const char *name = (const char *)args;

        if (ticket > 0)
        {
            usleep(1000);
            printf("%s get a ticket: %d\n", name, --ticket);
            pthread_mutex_unlock(&mutex);
        }
        else
        {
            // 在break前需要解锁，因为会直接跳出该模块
            pthread_mutex_unlock(&mutex);    
            break;
        }
    }
}