Linux下實現線程同步的三種解決方法

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      線程同步的方法有哪些？在linux下，系統提供瞭很多種方式來實現線程同步，其中最常用的便是互斥鎖、條件變量和信號量這三種方式，可能還有很多夥伴對於這三種方法都不熟悉，下面就給大傢詳細介紹下。

 

Linux下實現線程同步的三種解決方法

 

　　Linux下實現線程同步的三種方法：

　　一、互斥鎖（mutex）

　　通過鎖機制實現線程間的同步。

　　1、初始化鎖。在Linux下，線程的互斥量數據類型是pthread_mutex_t。在使用前，要對它進行初始化。

　　靜態分配：pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER；

　　動態分配：int pthread_mutex_init（pthread_mutex_t *mutex， const pthread_mutex_attr_t *mutexattr）；

　　2、加鎖。對共享資源的訪問，要對互斥量進行加鎖，如果互斥量已經上瞭鎖，調用線程會阻塞，直到互斥量被解鎖。

　　int pthread_mutex_lock（pthread_mutex *mutex）；

　　int pthread_mutex_trylock（pthread_mutex_t *mutex）；

　　3、解鎖。在完成瞭對共享資源的訪問後，要對互斥量進行解鎖。

　　int pthread_mutex_unlock（pthread_mutex_t *mutex）；

　　4、銷毀鎖。鎖在是使用完成後，需要進行銷毀以釋放資源。

　　int pthread_mutex_destroy（pthread_mutex *mutex）；

  1. 01#include <cstdio>
  2. 02#include <cstdlib>
  3. 03#include <unistd.h>
  4. 04#include <pthread.h>
  5. 05#include "iostream"
  6. 06using namespace std;
  7. 07pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
  8. 08int tmp;
  9. 09void* thread(void *arg)
  10. 10{
  11. 11cout << "thread id is " << pthread_self() << endl;
  12. 12pthread_mutex_lock(&mutex);
  13. 13tmp = 12;
  14. 14cout << "Now a is " << tmp << endl;
  15. 15pthread_mutex_unlock(&mutex);
  16. 16return NULL;
  17. 17}
  18. 18int main()
  19. 19{
  20. 20pthread_t id;
  21. 21cout << "main thread id is " << pthread_self() << endl;
  22. 22tmp = 3;
  23. 23cout << "In main func tmp = " << tmp << endl;
  24. 24if (!pthread_create(&id, NULL, thread, NULL))
  25. 25{
  26. 26cout << "Create thread success!" << endl;
  27. 27}
  28. 28else
  29. 29{
  30. 30cout << "Create thread failed!" << endl;
  31. 31}
  32. 32pthread_join(id, NULL);
  33. 33pthread_mutex_destroy(&mutex);
  34. 34return 0;
  35. 35}
  36. 36//編譯：g++ -o thread testthread.cpp -lpthread

復制代碼

　　二、條件變量（cond）

　　與互斥鎖不同，條件變量是用來等待而不是用來上鎖的。條件變量用來自動阻塞一個線程，直到某特殊情況發生為止。通常條件變量和互斥鎖同時使用。條件變量分為兩部分： 條件和變量。條件本身是由互斥量保護的。線程在改變條件狀態前先要鎖住互斥量。條件變量使我們可以睡眠等待某種條件出現。條件變量是利用線程間共享的全局變量進行同步的一種機制，主要包括兩個動作：一個線程等待“條件變量的條件成立”而掛起；另一個線程使“條件成立”（給出條件成立信號）。條件的檢測是在互斥鎖的保護下進行的。如果一個條件為假，一個線程自動阻塞，並釋放等待狀態改變的互斥鎖。如果另一個線程改變瞭條件，它發信號給關聯的條件變量，喚醒一個或多個等待它的線程，重新獲得互斥鎖，重新評價條件。如果兩進程共享可讀寫的內存，條件變量可以被用來實現這兩進程間的線程同步。

　　1、初始化條件變量。

　　靜態態初始化，pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIER；

　　動態初始化，int pthread_cond_init（pthread_cond_t *cond， pthread_condattr_t *cond_attr）；

　　2、等待條件成立。釋放鎖，同時阻塞等待條件變量為真才行。timewait（）設置等待時間，仍未signal，返回ETIMEOUT（加鎖保證隻有一個線程wait）

　　int pthread_cond_wait（pthread_cond_t *cond， pthread_mutex_t *mutex）；

　　int pthread_cond_timewait（pthread_cond_t *cond，pthread_mutex *mutex，const timespec *abstime）；

　　4、激活條件變量。pthread_cond_signal，pthread_cond_broadcast（激活所有等待線程）

　　int pthread_cond_signal（pthread_cond_t *cond）；

　　int pthread_cond_broadcast（pthread_cond_t *cond）; //解除所有線程的阻塞

　　5、清除條件變量。無線程等待，否則返回EBUSY

　　int pthread_cond_destroy（pthread_cond_t *cond）；

  1. 01[cpp] view plain copy
  2. 02#include <stdio.h>
  3. 03#include <pthread.h>
  4. 04#include "stdlib.h"
  5. 05#include "unistd.h"
  6. 06pthread_mutex_t mutex;
  7. 07pthread_cond_t cond;
  8. 08void hander(void *arg)
  9. 09{
  10. 10free(arg);
  11. 11(void)pthread_mutex_unlock(&mutex);
  12. 12}
  13. 13void *thread1(void *arg)
  14. 14{
  15. 15pthread_cleanup_push(hander, &mutex);
  16. 16while(1)
  17. 17{
  18. 18printf("thread1 is running\n");
  19. 19pthread_mutex_lock(&mutex);
  20. 20pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
  21. 21printf("thread1 applied the condition\n");
  22. 22pthread_mutex_unlock(&mutex);
  23. 23sleep(4);
  24. 24}
  25. 25pthread_cleanup_pop(0);
  26. 26}
  27. 27void *thread2(void *arg)
  28. 28{
  29. 29while(1)
  30. 30{
  31. 31printf("thread2 is running\n");
  32. 32pthread_mutex_lock(&mutex);
  33. 33pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
  34. 34printf("thread2 applied the condition\n");
  35. 35pthread_mutex_unlock(&mutex);
  36. 36sleep(1);
  37. 37}
  38. 38}
  39. 39int main()
  40. 40{
  41. 41pthread_t thid1,thid2;
  42. 42printf("condition variable study!\n");
  43. 43pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
  44. 44pthread_cond_init(&cond, NULL);
  45. 45pthread_create(&thid1, NULL, thread1, NULL);
  46. 46pthread_create(&thid2, NULL, thread2, NULL);
  47. 47sleep(1);
  48. 48do
  49. 49{
  50. 50pthread_cond_signal(&cond);
  51. 51}while(1);
  52. 52sleep(20);
  53. 53pthread_exit(0);
  54. 54return 0;
  55. 55}

復制代碼

  1. 01#include <pthread.h>
  2. 02#include <unistd.h>
  3. 03#include "stdio.h"
  4. 04#include "stdlib.h"
  5. 05static pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
  6. 06static pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
  7. 07struct node
  8. 08{
  9. 09int n_number;
  10. 10struct node *n_next;
  11. 11}*head = NULL;
  12. 12static void cleanup_handler(void *arg)
  13. 13{
  14. 14printf("Cleanup handler of second thread./n");
  15. 15free(arg);
  16. 16(void)pthread_mutex_unlock(&mtx);
  17. 17}
  18. 18static void *thread_func(void *arg)
  19. 19{
  20. 20struct node *p = NULL;
  21. 21pthread_cleanup_push(cleanup_handler, p);
  22. 22while (1)
  23. 23{
  24. 24//這個mutex主要是用來保證pthread_cond_wait的並發性
  25. 25pthread_mutex_lock(&mtx);
  26. 26while (head == NULL)
  27. 27{
  28. 28//這個while要特別說明一下，單個pthread_cond_wait功能很完善，為何
  29. 29//這裡要有一個while (head == NULL)呢？因為pthread_cond_wait裡的線
  30. 30//程可能會被意外喚醒，如果這個時候head != NULL，則不是我們想要的情況。
  31. 31//這個時候，應該讓線程繼續進入pthread_cond_wait
  32. 32// pthread_cond_wait會先解除之前的pthread_mutex_lock鎖定的mtx，
  33. 33//然後阻塞在等待對列裡休眠，直到再次被喚醒(大多數情況下是等待的條件成立
  34. 34//而被喚醒，喚醒後，該進程會先鎖定先pthread_mutex_lock(&mtx);，再讀取資源
  35. 35//用這個流程是比較清楚的
  36. 36pthread_cond_wait(&cond, &mtx);
  37. 37p = head;
  38. 38head = head->n_next;
  39. 39printf("Got %d from front of queue/n", p->n_number);
  40. 40free(p);
  41. 41}
  42. 42pthread_mutex_unlock(&mtx); //臨界區數據操作完畢，釋放互斥鎖
  43. 43}
  44. 44pthread_cleanup_pop(0);
  45. 45return 0;
  46. 46}
  47. 47int main(void)
  48. 48{
  49. 49pthread_t tid;
  50. 50int i;
  51. 51struct node *p;
  52. 52//子線程會一直等待資源，類似生產者和消費者，但是這裡的消費者可以是多個消費者，而
  53. 53//不僅僅支持普通的單個消費者，這個模型雖然簡單，但是很強大
  54. 54pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);
  55. 55sleep(1);
  56. 56for (i = 0; i < 10; i++)
  57. 57{
  58. 58p = (struct node*)malloc(sizeof(struct node));
  59. 59p->n_number = i;
  60. 60pthread_mutex_lock(&mtx); //需要操作head這個臨界資源，先加鎖，
  61. 61p->n_next = head;
  62. 62head = p;
  63. 63pthread_cond_signal(&cond);
  64. 64pthread_mutex_unlock(&mtx); //解鎖
  65. 65sleep(1);
  66. 66}
  67. 67printf("thread 1 wanna end the line.So cancel thread 2./n");
  68. 68//關於pthread_cancel，有一點額外的說明，它是從外部終止子線程，子線程會在最近的取消點，退出
  69. 69//線程，而在我們的代碼裡，最近的取消點肯定就是pthread_cond_wait()瞭。
  70. 70pthread_cancel(tid);
  71. 71pthread_join(tid, NULL);
  72. 72printf("All done — exiting/n");
  73. 73return 0;
  74. 74}

復制代碼

　　三、信號量（sem）

　　如同進程一樣，線程也可以通過信號量來實現通信，雖然是輕量級的。信號量函數的名字都以“sem_”打頭。線程使用的基本信號量函數有四個。

　　1、信號量初始化。

　　int sem_init （sem_t *sem ， int pshared， unsigned int value）；

　　這是對由sem指定的信號量進行初始化，設置好它的共享選項（linux 隻支持為0，即表示它是當前進程的局部信號量），然後給它一個初始值VALUE。

　　2、等待信號量。給信號量減1，然後等待直到信號量的值大於0。

　　int sem_wait（sem_t *sem）；

　　3、釋放信號量。信號量值加1。並通知其他等待線程。

　　int sem_post（sem_t *sem）；

　　4、銷毀信號量。我們用完信號量後都它進行清理。歸還占有的一切資源。

　　int sem_destroy（sem_t *sem）；

  1. 01#include <stdlib.h>
  2. 02#include <stdio.h>
  3. 03#include <unistd.h>
  4. 04#include <pthread.h>
  5. 05#include <semaphore.h>
  6. 06#include <errno.h>
  7. 07#define return_if_fail(p) if((p) == 0){printf ("[%s]:func error!/n", __func__);return;}
  8. 08typedef struct _PrivInfo
  9. 09{
  10. 10sem_t s1;
  11. 11sem_t s2;
  12. 12time_t end_time;
  13. 13}PrivInfo;
  14. 14static void info_init (PrivInfo* thiz);
  15. 15static void info_destroy (PrivInfo* thiz);
  16. 16static void* pthread_func_1 (PrivInfo* thiz);
  17. 17static void* pthread_func_2 (PrivInfo* thiz);
  18. 18int main (int argc, char** argv)
  19. 19{
  20. 20pthread_t pt_1 = 0;
  21. 21pthread_t pt_2 = 0;
  22. 22int ret = 0;
  23. 23PrivInfo* thiz = NULL;
  24. 24thiz = (PrivInfo* )malloc (sizeof (PrivInfo));
  25. 25if (thiz == NULL)
  26. 26{
  27. 27printf ("[%s]: Failed to malloc priv./n");
  28. 28return -1;
  29. 29}
  30. 30info_init (thiz);
  31. 31ret = pthread_create (&pt_1, NULL, (void*)pthread_func_1, thiz);
  32. 32if (ret != 0)
  33. 33{
  34. 34perror ("pthread_1_create:");
  35. 35}
  36. 36ret = pthread_create (&pt_2, NULL, (void*)pthread_func_2, thiz);
  37. 37if (ret != 0)
  38. 38{
  39. 39perror ("pthread_2_create:");
  40. 40}
  41. 41pthread_join (pt_1, NULL);
  42. 42pthread_join (pt_2, NULL);
  43. 43info_destroy (thiz);
  44. 44return 0;
  45. 45}
  46. 46static void info_init (PrivInfo* thiz)
  47. 47{
  48. 48return_if_fail (thiz != NULL);
  49. 49thiz->end_time = time(NULL) + 10;
  50. 50sem_init (&thiz->s1, 0, 1);
  51. 51sem_init (&thiz->s2, 0, 0);
  52. 52return;
  53. 53}
  54. 54static void info_destroy (PrivInfo* thiz)
  55. 55{
  56. 56return_if_fail (thiz != NULL);
  57. 57sem_destroy (&thiz->s1);
  58. 58sem_destroy (&thiz->s2);
  59. 59free (thiz);
  60. 60thiz = NULL;
  61. 61return;
  62. 62}
  63. 63static void* pthread_func_1 (PrivInfo* thiz)
  64. 64{
  65. 65return_if_fail(thiz != NULL);
  66. 66while (time(NULL) < thiz->end_time)
  67. 67{
  68. 68sem_wait (&thiz->s2);
  69. 69printf ("pthread1: pthread1 get the lock./n");
  70. 70sem_post (&thiz->s1);
  71. 71printf ("pthread1: pthread1 unlock/n");
  72. 72sleep (1);
  73. 73}
  74. 74return;
  75. 75}
  76. 76static void* pthread_func_2 (PrivInfo* thiz)
  77. 77{
  78. 78return_if_fail (thiz != NULL);
  79. 79while (time (NULL) < thiz->end_time)
  80. 80{
  81. 81sem_wait (&thiz->s1);
  82. 82printf ("pthread2: pthread2 get the unlock./n");
  83. 83sem_post (&thiz->s2);
  84. 84printf ("pthread2: pthread2 unlock./n");
  85. 85sleep (1);
  86. 86}
  87. 87return;
  88. 88}

　　以上便是Linux下實現線程同步常用的三種方法，大傢都知道，線程的最大的亮點便是資源共享性，而資源共享中的線程同步問題卻是一大難點，希望小編的歸納能夠對大傢有所幫助，想瞭解更多內容可以對GuideAH進行關註!

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