linux多线程——互斥量实现同步

Posted 2022-12-06 新时代城市农民工

一、互斥锁

互斥锁本质就是一个特殊的全局变量，拥有lock和unlock两种状态，unlock的互斥锁可以由某个线程获得，当互斥锁由某个线程持有后，这个互斥锁会锁上变成lock状态，此后只有该线程有权力打开该锁，其他想要获得该互斥锁的线程都会阻塞，直到互斥锁被解锁。

例子中使用静态初始化互斥量，也可以调用函数动态初始化。使用到的函数有pthread_mutex_lock，给资源上锁，和mutex_unlock，给资源解锁，可以实现同步访问，避免竞争。

在下面的结果也可看到，一个线程执行完循环后，另一个线程才会继续进行。如果删除加减锁过程、那么线程0，1会交替的执行。 

PTHREAD_MUTEX_NORMAL默认锁

// 静态方式创建互斥锁
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; 

// 动态方式创建互斥锁，其中参数mutexattr用于指定互斥锁的类型，如果为NULL，就是普通锁。
int pthread_mutex_init (pthread_mutex_t* mutex,const pthread_mutexattr_t* mutexattr);

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex); 
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex); // 尝试加锁，非阻塞
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex); 

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

pthread_mutex_t mutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
void *func(void *arg)

    pthread_mutex_lock(&mutex);
    int threadno=*(int *)arg;
    int i=0;
    for(i;i<10;i++)
    
        printf("%dthread:%d\\n",threadno,i);
        sleep(1);
    
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    pthread_exit((void *)threadno);


int main()

    pthread_t tid0,tid1;
    int i0=0,i1=1;
    pthread_create(&tid0,NULL,func,&i0);
    pthread_create(&tid1,NULL,func,&i1);
    pthread_join(tid0,NULL);
    pthread_join(tid1,NULL);
    printf("主线程退出\\n");
    return 0;

 

二、自旋锁的使用

自旋锁就是一个线程如果没有获得这个锁的话，他还是会占用CPU，不停的尝试获得锁，如果自旋锁能够很快被释放，那么性能就会很高，如果自旋锁长时间不能够被释放，那么会大大降低CPU性能。不能及时的感受到是否有可用锁，需要循环着尝试来检测是否可以获得锁。 

申请一个自旋锁是pthread_spinlock_t lock。使用的函数有pthread_spin_lock(&lock)，这个是上锁。pthread_spin_unlock(&lock)这个是给lock解锁。sched_yield()是自身线程放弃cpu的使用权，让一个准备好的线程占用cpu。

int pthread_spin_init(pthread_spinlock_t *lock, int pshared); // 创建自旋锁

int pthread_spin_lock(pthread_spinlock_t *lock); // 加锁，阻塞
int pthread_spin_trylock(pthread_spinlock_t *lock); // 尝试加锁，非阻塞
int pthread_spin_unlock(pthread_spinlock_t *lock); // 解锁

可以看到代码的运行过程也是正确的，

  1 #include<stdio.h>
  2 #include<unistd.h>
  3 #include<stdlib.h>
  4 #include<pthread.h>
  5 
  6 int money=50;
  7 pthread_spinlock_t lock;
  8  
  9 void *func(void *arg)
 10 
 11     int num=*(int *)arg;
 12     while(money>0)
 13     
 14         pthread_spin_lock(&lock);
 15         if(money>0)
 16         
 17             money--;
 18             printf("%dtoke one money,last %d \\n",num,money);
 19         
 20         pthread_spin_unlock(&lock);
 21         sched_yield();    //这是线程主动放弃cpu的使用权，让其他线程执行。
 22         sleep(1);
 23     
 24 
 25 int main()
 26 
 27     pthread_spin_init(&lock,0);
 28     pthread_t tid0,tid1,tid2;
 29     int t0=1,t1=2,t2=3;
 30     void *ret;
 31 
 32      pthread_create(&tid0,NULL,func,&t0);
 33      pthread_create(&tid2,NULL,func,&t2);
 34      pthread_create(&tid1,NULL,func,&t1);
 35 
 36 
 37     pthread_join(tid0,NULL);
 38     pthread_join(tid1,NULL);
 39     pthread_join(tid2,NULL);
 40 
 41     printf("主线程完成\\n");
 42     return 0;
 43 

 三、信号量

信号量是一个计数器，用于控制访问有限共享资源的线程数。

// 创建信号量
// pshared：一般取0，表示调用进程的信号量。非0表示该信号量可以共享内存的方式，为多个进程所共享(Linux暂不支持)。
// value：信号量的初始值，可以并发访问的线程数。
int sem_init (sem_t* sem, int pshared, unsigned int value);

int sem_wait (sem_t* sem); // 信号量减1，信号量为0时就会阻塞

int sem_trywait (sem_t* sem); // 信号量减1，信号量为0时返回-1，不阻塞

int sem_timedwait (sem_t* sem, const struct timespec* abs_timeout); // 信号量减1，信号量为0时阻塞，直到abs_timeout超时返回-1

int sem_post (sem_t* sem); // 信号量加1

使用方式和以上代码基本相同。

四、总结

多线程同步的方法还有许多种，后面加上一些比较有难度的代码学习。