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线程同步的方法有哪些？Linux下实现线程同步的三种方法

时间：2017-10-26 15:19:24 作者：chunhua 来源：万象系统之家 1. 扫描二维码随时看资讯 2. 请使用手机浏览器访问： https://m.xitongzhijia.net/xtjc/20171026/110109.html 手机查看评论反馈

　　线程同步的方法有哪些？在linux下，系统提供了很多种方式来实现线程同步，其中最常用的便是互斥锁、条件变量和信号量这三种方式，可能还有很多伙伴对于这三种方法都不熟悉，下面就给大家详细介绍下。

　　Linux下实现线程同步的三种方法：

　　一、互斥锁（mutex）

　　通过锁机制实现线程间的同步。

　　1、初始化锁。在Linux下，线程的互斥量数据类型是pthread_mutex_t。在使用前，要对它进行初始化。

　　静态分配：pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER；

　　动态分配：int pthread_mutex_init（pthread_mutex_t *mutex， const pthread_mutex_attr_t *mutexattr）；

　　2、加锁。对共享资源的访问，要对互斥量进行加锁，如果互斥量已经上了锁，调用线程会阻塞，直到互斥量被解锁。

　　int pthread_mutex_lock（pthread_mutex *mutex）；

　　int pthread_mutex_trylock（pthread_mutex_t *mutex）；

　　3、解锁。在完成了对共享资源的访问后，要对互斥量进行解锁。

　　int pthread_mutex_unlock（pthread_mutex_t *mutex）；

　　4、销毁锁。锁在是使用完成后，需要进行销毁以释放资源。

　　int pthread_mutex_destroy（pthread_mutex *mutex）；

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

　　二、条件变量（cond）

　　与互斥锁不同，条件变量是用来等待而不是用来上锁的。条件变量用来自动阻塞一个线程，直到某特殊情况发生为止。通常条件变量和互斥锁同时使用。条件变量分为两部分：条件和变量。条件本身是由互斥量保护的。线程在改变条件状态前先要锁住互斥量。条件变量使我们可以睡眠等待某种条件出现。条件变量是利用线程间共享的全局变量进行同步的一种机制，主要包括两个动作：一个线程等待“条件变量的条件成立”而挂起；另一个线程使“条件成立”（给出条件成立信号）。条件的检测是在互斥锁的保护下进行的。如果一个条件为假，一个线程自动阻塞，并释放等待状态改变的互斥锁。如果另一个线程改变了条件，它发信号给关联的条件变量，唤醒一个或多个等待它的线程，重新获得互斥锁，重新评价条件。如果两进程共享可读写的内存，条件变量可以被用来实现这两进程间的线程同步。

　　1、初始化条件变量。

　　静态态初始化，pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIER；

　　动态初始化，int pthread_cond_init（pthread_cond_t *cond， pthread_condattr_t *cond_attr）；

　　2、等待条件成立。释放锁，同时阻塞等待条件变量为真才行。timewait（）设置等待时间，仍未signal，返回ETIMEOUT（加锁保证只有一个线程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、激活条件变量。pthread_cond_signal，pthread_cond_broadcast（激活所有等待线程）

　　int pthread_cond_signal（pthread_cond_t *cond）；

　　int pthread_cond_broadcast（pthread_cond_t *cond）; //解除所有线程的阻塞

　　5、清除条件变量。无线程等待，否则返回EBUSY

　　int pthread_cond_destroy（pthread_cond_t *cond）；

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

01#include <pthread.h>
02#include <unistd.h>
03#include "stdio.h"
04#include "stdlib.h"
05static pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
06static pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
07struct node
08{
09int n_number;
10struct node *n_next;
11}*head = NULL;
12static void cleanup_handler(void *arg)
13{
14printf("Cleanup handler of second thread./n");
15free(arg);
16(void)pthread_mutex_unlock(&mtx);
17}
18static void *thread_func(void *arg)
19{
20struct node *p = NULL;
21pthread_cleanup_push(cleanup_handler, p);
22while (1)
23{
24//这个mutex主要是用来保证pthread_cond_wait的并发性
25pthread_mutex_lock(&mtx);
26while (head == NULL)
27{
28//这个while要特别说明一下，单个pthread_cond_wait功能很完善，为何
29//这里要有一个while (head == NULL)呢？因为pthread_cond_wait里的线
30//程可能会被意外唤醒，如果这个时候head != NULL，则不是我们想要的情况。
31//这个时候，应该让线程继续进入pthread_cond_wait
32// pthread_cond_wait会先解除之前的pthread_mutex_lock锁定的mtx，
33//然后阻塞在等待对列里休眠，直到再次被唤醒(大多数情况下是等待的条件成立
34//而被唤醒，唤醒后，该进程会先锁定先pthread_mutex_lock(&mtx);，再读取资源
35//用这个流程是比较清楚的
36pthread_cond_wait(&cond, &mtx);
37p = head;
38head = head->n_next;
39printf("Got %d from front of queue/n", p->n_number);
40free(p);
41}
42pthread_mutex_unlock(&mtx); //临界区数据操作完毕，释放互斥锁
43}
44pthread_cleanup_pop(0);
45return 0;
46}
47int main(void)
48{
49pthread_t tid;
50int i;
51struct node *p;
52//子线程会一直等待资源，类似生产者和消费者，但是这里的消费者可以是多个消费者，而
53//不仅仅支持普通的单个消费者，这个模型虽然简单，但是很强大
54pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);
55sleep(1);
56for (i = 0; i < 10; i++)
57{
58p = (struct node*)malloc(sizeof(struct node));
59p->n_number = i;
60pthread_mutex_lock(&mtx); //需要操作head这个临界资源，先加锁，
61p->n_next = head;
62head = p;
63pthread_cond_signal(&cond);
64pthread_mutex_unlock(&mtx); //解锁
65sleep(1);
66}
67printf("thread 1 wanna end the line.So cancel thread 2./n");
68//关于pthread_cancel，有一点额外的说明，它是从外部终止子线程，子线程会在最近的取消点，退出
69//线程，而在我们的代码里，最近的取消点肯定就是pthread_cond_wait()了。
70pthread_cancel(tid);
71pthread_join(tid, NULL);
72printf("All done -- exiting/n");
73return 0;
74}
复制代码
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
static pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
static pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
struct node
{
int n_number;
struct node *n_next;
}*head = NULL;
static void cleanup_handler(void *arg)
{
printf("Cleanup handler of second thread./n");
free(arg);
(void)pthread_mutex_unlock(&mtx);
}
static void *thread_func(void *arg)
{
struct node *p = NULL;
pthread_cleanup_push(cleanup_handler, p);
while (1)
{
//这个mutex主要是用来保证pthread_cond_wait的并发性
pthread_mutex_lock(&mtx);
while (head == NULL)
{
//这个while要特别说明一下，单个pthread_cond_wait功能很完善，为何
//这里要有一个while (head == NULL)呢？因为pthread_cond_wait里的线
//程可能会被意外唤醒，如果这个时候head != NULL，则不是我们想要的情况。
//这个时候，应该让线程继续进入pthread_cond_wait
// pthread_cond_wait会先解除之前的pthread_mutex_lock锁定的mtx，
//然后阻塞在等待对列里休眠，直到再次被唤醒(大多数情况下是等待的条件成立
//而被唤醒，唤醒后，该进程会先锁定先pthread_mutex_lock(&mtx);，再读取资源
//用这个流程是比较清楚的
pthread_cond_wait(&cond, &mtx);
p = head;
head = head->n_next;
printf("Got %d from front of queue/n", p->n_number);
free(p);
}
pthread_mutex_unlock(&mtx); //临界区数据操作完毕，释放互斥锁
}
pthread_cleanup_pop(0);
return 0;
}
int main(void)
{
pthread_t tid;
int i;
struct node *p;
//子线程会一直等待资源，类似生产者和消费者，但是这里的消费者可以是多个消费者，而
//不仅仅支持普通的单个消费者，这个模型虽然简单，但是很强大
pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);
sleep(1);
for (i = 0; i < 10; i++)
{
p = (struct node*)malloc(sizeof(struct node));
p->n_number = i;
pthread_mutex_lock(&mtx); //需要操作head这个临界资源，先加锁，
p->n_next = head;
head = p;
pthread_cond_signal(&cond);
pthread_mutex_unlock(&mtx); //解锁
sleep(1);
}
printf("thread 1 wanna end the line.So cancel thread 2./n");
//关于pthread_cancel，有一点额外的说明，它是从外部终止子线程，子线程会在最近的取消点，退出
//线程，而在我们的代码里，最近的取消点肯定就是pthread_cond_wait()了。
pthread_cancel(tid);
pthread_join(tid, NULL);
printf("All done -- exiting/n");
return 0;
}

　　三、信号量（sem）

　　如同进程一样，线程也可以通过信号量来实现通信，虽然是轻量级的。信号量函数的名字都以“sem_”打头。线程使用的基本信号量函数有四个。

　　1、信号量初始化。

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

　　这是对由sem指定的信号量进行初始化，设置好它的共享选项（linux 只支持为0，即表示它是当前进程的局部信号量），然后给它一个初始值VALUE。

　　2、等待信号量。给信号量减1，然后等待直到信号量的值大于0。

　　int sem_wait（sem_t *sem）；

　　3、释放信号量。信号量值加1。并通知其他等待线程。

　　int sem_post（sem_t *sem）；

　　4、销毁信号量。我们用完信号量后都它进行清理。归还占有的一切资源。

　　int sem_destroy（sem_t *sem）；

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

　　以上便是Linux下实现线程同步常用的三种方法，大家都知道，线程的最大的亮点便是资源共享性，而资源共享中的线程同步问题却是一大难点，希望小编的归纳能够对大家有所帮助！

标签线程同步

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