三种专门用于线程同步的机制:POSIX信号量,互斥量和条件变量.
在Linux上信号量API有两组,一组是System V IPC信号量,即PV *** 作,另外就是POSIX信号量,POSIX信号量的名字都是以sem_开头.
phshared参数指定信号量的类型,若其值为0,就表示这个信号量是当前进程的局部信号量,否则该信号量可以在多个进程之间共享.value值指定信号量的初始值,一般与下面的sem_wait函数相对应.
其中比较重要的函数sem_wait函数会以原子 *** 作的方式将信号量的值减一,如果信号量的值为零,则sem_wait将会阻塞,信号量的值可以在sem_init函数中的value初始化sem_trywait函数是sem_wait的非阻塞版本sem_post函数将以原子的 *** 作对信号量加一,当信号量的值大于0时,其他正在调用sem_wait等待信号量的线程将被唤醒.
这些函数成功时返回0,失败则返回-1并设置errno.
生产者消费者模型:
生产者对应一个信号量:sem_t producer
消费者对应一个信号量:sem_t customer
sem_init(&producer,2)----生产者拥有资源,可以工作
sem_init(&customer,0)----消费者没有资源,阻塞
在访问公共资源前对互斥量设置（加锁），确保同一时间只有一个线程访问数据，在访问完成后再释放（解锁）互斥量.
互斥锁的运行方式:串行访问共享资源
信号量的运行方式:并行访问共享资源
互斥量用pthread_mutex_t数据类型表示，在使用互斥量之前，必须使用pthread_mutex_init函数对它进行初始化，注意，使用完毕后需调用pthread_mutex_destroy.
pthread_mutex_init用于初始化互斥锁，mutexattr用于指定互斥锁的属性，若为NULL，则表示默认属性。除了用这个函数初始化互斥所外，还可以用如下方式初始化：pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER。
pthread_mutex_destroy用于销毁互斥锁，以释放占用的内核资源，销毁一个已经加锁的互斥锁将导致不可预期的后果。
pthread_mutex_lock以原子 *** 作给一个互斥锁加锁。如果目标互斥锁已经被加锁，则pthread_mutex_lock则被阻塞，直到该互斥锁占有者把它给解锁.
pthread_mutex_trylock和pthread_mutex_lock类似，不过它始终立即返回，而不论被 *** 作的互斥锁是否加锁，是pthread_mutex_lock的非阻塞版本.当目标互斥锁未被加锁时，pthread_mutex_trylock进行加锁 *** 作；否则将返回EBUSY错误码。注意：这里讨论的pthread_mutex_lock和pthread_mutex_trylock是针对普通锁而言的，对于其他类型的锁，这两个加锁函数会有不同的行为.
pthread_mutex_unlock以原子 *** 作方式给一个互斥锁进行解锁 *** 作。如果此时有其他线程正在等待这个互斥锁，则这些线程中的一个将获得它.
三个打印机轮流打印:
输出结果:
如果说互斥锁是用于同步线程对共享数据的访问的话,那么条件变量就是用于在线程之间同步共享数据的值.条件变量提供了一种线程之间通信的机制:当某个共享数据达到某个值时,唤醒等待这个共享数据的线程.
条件变量会在条件不满足的情况下阻塞线程.且条件变量和互斥量一起使用，允许线程以无竞争的方式等待特定的条件发生.
其中pthread_cond_broadcast函数以广播的形式唤醒所有等待目标条件变量的线程,pthread_cond_signal函数用于唤醒一个等待目标条件变量线程.但有时候我们可能需要唤醒一个固定的线程,可以通过间接的方法实现:定义一个能够唯一标识目标线程的全局变量,在唤醒等待条件变量的线程前先设置该变量为目标线程,然后采用广播的方式唤醒所有等待的线程,这些线程被唤醒之后都检查该变量以判断是否是自己.
采用条件变量+互斥锁实现生产者消费者模型:
运行结果:
阻塞队列+生产者消费者
运行结果:
__thread 是GCC内置的线程局部存储设施，存取效率可以和全局变量相比。
__thread 变量 每一个线程有一份独立实体 ，各个线程的值互不干扰。可以用来修饰那些带有全局性且值可能变，但是又不值得用全局变量保护的变量。
只能修饰 POD 类型(类似整型指针的标量，不带自定义的构造、拷贝、赋值、析构的类型，二进制内容可以任意复制memset,memcpy,且内容可以复原)
不能修饰 class 类型，因为无法自动调用构造函数和析构函数，可以用于修饰全局变量，函数内的静态变量，不能修饰函数的局部变量或者class的普通成员变量，且__thread变量值只能初始化为编译期常量，即编译期间就能确定值。
场景说明：每个线程有一些需要保存的上下文信息，即可使用 __thread 变量
Linux 线程同步的三种方法线程的最大特点是资源的共享性，但资源共享中的同步问题是多线程编程的难点。linux下提供了多种方式来处理线程同步，最常用的是互斥锁、条件变量和信号量。
一、互斥锁(mutex)
通过锁机制实现线程间的同步。
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)
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)
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)
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)
[csharp] view plain copy
#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)
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。
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)
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)
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
清除条件变量。无线程等待,否则返回EBUSY
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond)
[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
}
[cpp] view plain copy
#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 *** 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 = 0i <10i++)
{
p = (struct node*)malloc(sizeof(struct node))
p->n_number = i
pthread_mutex_lock(&mtx)//需要 *** 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。
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。
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)
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)
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)
[cpp] view plain copy
#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
}
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