linux下多線程同步的方式

1、Linux下提供了多種方式來(lái)處理線程同步，最常用的是互斥鎖、條件變量和信號(hào)量。一、互斥鎖（mutex）鎖機(jī)制是同一時(shí)刻只允許一個(gè)線程執(zhí)行一個(gè)關(guān)鍵部分的代碼。1. 初始化鎖int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex,const pthread_mutex_attr_t *mutexattr); 其中參數(shù) mutexattr 用于指定鎖的屬性（見(jiàn)下），如果為NULL則使用缺省屬性。 互斥鎖的屬性在創(chuàng)建鎖的時(shí)候指定，在LinuxThreads實(shí)現(xiàn)中僅有一個(gè)鎖類(lèi)型屬性，不同的鎖類(lèi)型在試圖對(duì)一個(gè)已經(jīng)被鎖定的互斥鎖加鎖時(shí)表現(xiàn)不同。當(dāng)前有四個(gè)值可供選擇： （1

2、）PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP，這是缺省值，也就是普通鎖。當(dāng)一個(gè)線程加鎖以后，其余請(qǐng)求鎖的線程將形成一個(gè)等待隊(duì)列，并在解鎖后按優(yōu)先級(jí)獲得鎖。這種鎖策略保證了資源分配的公平性。 （2）PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE_NP，嵌套鎖，允許同一個(gè)線程對(duì)同一個(gè)鎖成功獲得多次，并通過(guò)多次unlock解鎖。如果是不同線程請(qǐng)求，則在加鎖線程解鎖時(shí)重新競(jìng)爭(zhēng)。 （3）PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK_NP，檢錯(cuò)鎖，如果同一個(gè)線程請(qǐng)求同一個(gè)鎖，則返回EDEADLK，否則與PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP類(lèi)型動(dòng)作相同。這樣就保證當(dāng)不允許多次加鎖時(shí)不會(huì)出現(xiàn)最簡(jiǎn)

3、單情況下的死鎖。 （4）PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP，適應(yīng)鎖，動(dòng)作最簡(jiǎn)單的鎖類(lèi)型，僅等待解鎖后重新競(jìng)爭(zhēng)。2. 阻塞加鎖int pthread_mutex_lock(pthread_mutex *mutex);3. 非阻塞加鎖 int pthread_mutex_trylock( pthread_mutex_t *mutex); 該函數(shù)語(yǔ)義與 pthread_mutex_lock() 類(lèi)似，不同的是在鎖已經(jīng)被占據(jù)時(shí)返回 EBUSY 而不是掛起等待。4. 解鎖（要求鎖是lock狀態(tài),并且由加鎖線程解鎖）int pthread_mutex_unlock(pthread_mute

4、x *mutex);5. 銷(xiāo)毀鎖（此時(shí)鎖必需unlock狀態(tài),否則返回EBUSY）int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex *mutex);示例代碼：oraclelocalhost$ cat mutextest.c#include #include #include #include pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;int gn;void* thread(void *arg) printf(threads ID is %dn,pthread_self(); pthread_mutex_lo

5、ck(&mutex); gn = 12; printf(Now gn = %dn,gn); pthread_mutex_unlock(&mutex); return NULL;int main() pthread_t id; printf(main threads ID is %dn,pthread_self(); gn = 3; printf(In main func, gn = %dn,gn); if (!pthread_create(&id, NULL, thread, NULL) printf(Create thread success!n); else printf(Create t

6、hread failed!n); pthread_join(id, NULL); pthread_mutex_destroy(&mutex); return 0;oraclelocalhost$二、條件變量（cond）條件變量是利用線程間共享全局變量進(jìn)行同步的一種機(jī)制。條件變量上的基本操作有：觸發(fā)條件(當(dāng)條件變?yōu)?true 時(shí))；等待條件，掛起線程直到其他線程觸發(fā)條件。 1. 初始化條件變量 int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond,pthread_condattr_t *cond_attr); 盡管POSIX標(biāo)準(zhǔn)中為條件變量定義了屬性，但在Linu

7、x中沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，因此cond_attr值通常為NULL，且被忽略。 2. 有兩個(gè)等待函數(shù) （1）無(wú)條件等待 int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex_t *mutex); （2）計(jì)時(shí)等待 int pthread_cond_timewait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex *mutex,const timespec *abstime); 如果在給定時(shí)刻前條件沒(méi)有滿足，則返回ETIMEOUT，結(jié)束等待，其中abstime以與time()系統(tǒng)調(diào)用相同意義的絕對(duì)時(shí)間形式出現(xiàn)，0表示格林尼治時(shí)間1

8、970年1月1日0時(shí)0分0秒。 無(wú)論哪種等待方式，都必須和一個(gè)互斥鎖配合，以防止多個(gè)線程同時(shí)請(qǐng)求（用 pthread_cond_wait() 或 pthread_cond_timedwait() 請(qǐng)求）競(jìng)爭(zhēng)條件（Race Condition）。mutex互斥鎖必須是普通鎖（PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP）或者適應(yīng)鎖（PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP），且在調(diào)用pthread_cond_wait()前必須由本線程加鎖（pthread_mutex_lock()），而在更新條件等待隊(duì)列以前，mutex保持鎖定狀態(tài)，并在線程掛起進(jìn)入等待前解鎖。在條件滿足從而離開(kāi)pthr

9、ead_cond_wait()之前，mutex將被重新加鎖，以與進(jìn)入pthread_cond_wait()前的加鎖動(dòng)作對(duì)應(yīng)。 3. 激發(fā)條件 （1）激活一個(gè)等待該條件的線程（存在多個(gè)等待線程時(shí)按入隊(duì)順序激活其中一個(gè)） int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond); （2）激活所有等待線程 int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond); 4. 銷(xiāo)毀條件變量 int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond); 只有在沒(méi)有線程在該條件變量上等待的時(shí)候才能銷(xiāo)毀這

10、個(gè)條件變量，否則返回EBUSY說(shuō)明：1. pthread_cond_wait 自動(dòng)解鎖互斥量(如同執(zhí)行了pthread_unlock_mutex)，并等待條件變量觸發(fā)。這時(shí)線程掛起，不占用CPU時(shí)間，直到條件變量被觸發(fā)（變量為ture）。在調(diào)用 pthread_cond_wait之前，應(yīng)用程序必須加鎖互斥量。pthread_cond_wait函數(shù)返回前，自動(dòng)重新對(duì)互斥量加鎖(如同執(zhí)行了pthread_lock_mutex)。2. 互斥量的解鎖和在條件變量上掛起都是自動(dòng)進(jìn)行的。因此，在條件變量被觸發(fā)前，如果所有的線程都要對(duì)互斥量加鎖，這種機(jī)制可保證在線程加鎖互斥量和進(jìn)入等待條件變量期間，條件變量

11、不被觸發(fā)。條件變量要和互斥量相聯(lián)結(jié)，以避免出現(xiàn)條件競(jìng)爭(zhēng)個(gè)線程預(yù)備等待一個(gè)條件變量，當(dāng)它在真正進(jìn)入等待之前，另一個(gè)線程恰好觸發(fā)了該條件（條件滿足信號(hào)有可能在測(cè)試條件和調(diào)用pthread_cond_wait函數(shù)（block）之間被發(fā)出，從而造成無(wú)限制的等待）。3. 條件變量函數(shù)不是異步信號(hào)安全的，不應(yīng)當(dāng)在信號(hào)處理程序中進(jìn)行調(diào)用。特別要注意，如果在信號(hào)處理程序中調(diào)用 pthread_cond_signal 或 pthread_cond_boardcast 函數(shù)，可能導(dǎo)致調(diào)用線程死鎖示例代碼1：oraclelocalhost$ cat condtest1.c#include #include #inc

12、lude stdlib.h#include unistd.hpthread_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 runningn); pthread_mutex_lock(&mutex); pthread_cond_wait(&cond,&mutex

13、); printf(thread1 applied the conditionn); pthread_mutex_unlock(&mutex); sleep(4); pthread_cleanup_pop(0);void *thread2(void *arg) while(1) printf(thread2 is runningn); pthread_mutex_lock(&mutex); pthread_cond_wait(&cond,&mutex); printf(thread2 applied the conditionn); pthread_mutex_unlock(&mutex);

14、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_ex

15、it(0); return 0;oraclelocalhost$示例代碼2：oraclelocalhost$ cat condtest2.c#include #include #include stdio.h#include stdlib.hstatic 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

16、 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) / 這個(gè)mutex主要是用來(lái)保證pthread_cond_wait的并發(fā)性。 pthread_mutex_lock(&mtx); while (h

17、ead = NULL) /* 這個(gè)while要特別說(shuō)明一下，單個(gè)pthread_cond_wait功能很完善，為何 * 這里要有一個(gè)while (head = NULL)呢？因?yàn)閜thread_cond_wait里的線 * 程可能會(huì)被意外喚醒，如果這個(gè)時(shí)候head != NULL，則不是我們想要的情況。 * 這個(gè)時(shí)候，應(yīng)該讓線程繼續(xù)進(jìn)入pthread_cond_wait * pthread_cond_wait會(huì)先解除之前的pthread_mutex_lock鎖定的mtx， * 然后阻塞在等待對(duì)列里休眠，直到再次被喚醒（大多數(shù)情況下是等待的條件成立 * 而被喚醒，喚醒后，該進(jìn)程會(huì)先鎖定先pthr

18、ead_mutex_lock(&mtx);，再讀取資源 * 用這個(gè)流程是比較清楚的。*/ pthread_cond_wait(&cond, &mtx); p = head; head = head-n_next; printf(Got %d from front of queuen, p-n_number); free(p); pthread_mutex_unlock(&mtx); / 臨界區(qū)數(shù)據(jù)操作完畢，釋放互斥鎖。 pthread_cleanup_pop(0); return 0;int main(void) pthread_t tid; int i; struct node *p; /*

19、 子線程會(huì)一直等待資源，類(lèi)似生產(chǎn)者和消費(fèi)者，但是這里的消費(fèi)者可以是多個(gè)消費(fèi)者， * 而不僅僅支持普通的單個(gè)消費(fèi)者，這個(gè)模型雖然簡(jiǎn)單，但是很強(qiáng)大。*/ pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL); sleep(1); for (i = 0; i n_number = i; pthread_mutex_lock(&mtx); / 需要操作head這個(gè)臨界資源，先加鎖。 p-n_next = head; head = p; pthread_cond_signal(&cond); pthread_mutex_unlock(&mtx); /解鎖 sleep

20、(1); printf(thread 1 wanna end the line.So cancel thread 2.n); /* 關(guān)于pthread_cancel，有一點(diǎn)額外的說(shuō)明，它是從外部終止子線程，子線程會(huì)在最近的取消點(diǎn)， * 退出線程，而在我們的代碼里，最近的取消點(diǎn)肯定就是pthread_cond_wait()了。*/ pthread_cancel(tid); pthread_join(tid, NULL); printf(All done - exitingn); return 0;oraclelocalhost$可以看出，等待條件變量信號(hào)的用法約定一般是這樣的：.pthread_

21、mutex_lock(&mutex);.pthread_cond_wait (&cond, &mutex);.pthread_mutex_unlock (&mutex);.相信很多人都會(huì)有這個(gè)疑問(wèn)：為什么pthread_cond_wait需要的互斥鎖不在函數(shù)內(nèi)部定義，而要使用戶(hù)定義的呢？現(xiàn)在沒(méi)有時(shí)間研究 pthread_cond_wait 的源代碼，帶著這個(gè)問(wèn)題對(duì)條件變量的用法做如下猜測(cè)，希望明白真相看過(guò)源代碼的朋友不吝指正。1. pthread_cond_wait 和 pthread_cond_timewait 函數(shù)為什么需要互斥鎖？因?yàn)椋簵l件變量是線程同步的一種方法，這兩個(gè)函數(shù)又是等待信號(hào)

22、的函數(shù)，函數(shù)內(nèi)部一定有須要同步保護(hù)的數(shù)據(jù)。2. 使用用戶(hù)定義的互斥鎖而不在函數(shù)內(nèi)部定義的原因是：無(wú)法確定會(huì)有多少用戶(hù)使用條件變量，所以每個(gè)互斥鎖都須要?jiǎng)討B(tài)定義，而且管理大量互斥鎖的開(kāi)銷(xiāo)太大，使用用戶(hù)定義的即靈活又方便，符合UNIX哲學(xué)的編程風(fēng)格（隨便推薦閱讀UNIX編程哲學(xué)這本好書(shū)?。?。3. 好了，說(shuō)完了1和2，我們來(lái)自由猜測(cè)一下 pthread_cond_wait 函數(shù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)吧： int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex) if（沒(méi)有條件信號(hào)） （1）pthread_mutex_unlock (m

23、utex); / 因?yàn)橛脩?hù)在函數(shù)外面已經(jīng)加鎖了（這是使用約定），但是在沒(méi)有信號(hào)的情況下為了讓其他線程也能等待cond，必須解鎖。 （2） 阻塞當(dāng)前線程，等待條件信號(hào)（當(dāng)然應(yīng)該是類(lèi)似于中斷觸發(fā)的方式等待，而不是軟件輪詢(xún)的方式等待）. 有信號(hào)就繼續(xù)執(zhí)行后面。 （3） pthread_mutex_lock (mutex); / 因?yàn)橛脩?hù)在函數(shù)外面要解鎖（這也是使用約定），所以要與1呼應(yīng)加鎖，保證用戶(hù)感覺(jué)依然是自己加鎖、自己解鎖。 . 三、 信號(hào)量如同進(jìn)程一樣，線程也可以通過(guò)信號(hào)量來(lái)實(shí)現(xiàn)通信，雖然是輕量級(jí)的。 線程使用的基本信號(hào)量函數(shù)有四個(gè)：#include 1. 初始化信號(hào)量 int sem_ini

24、t (sem_t *sem , int pshared, unsigned int value); 參數(shù)： sem - 指定要初始化的信號(hào)量； pshared - 信號(hào)量 sem 的共享選項(xiàng)，linux只支持0，表示它是當(dāng)前進(jìn)程的局部信號(hào)量； value - 信號(hào)量 sem 的初始值。 2. 信號(hào)量值加1 給參數(shù)sem指定的信號(hào)量值加1。 int sem_post(sem_t *sem); 3. 信號(hào)量值減1 給參數(shù)sem指定的信號(hào)量值減1。 int sem_wait(sem_t *sem); 如果sem所指的信號(hào)量的數(shù)值為0，函數(shù)將會(huì)等待直到有其它線程使它不再是0為止。 4. 銷(xiāo)毀信號(hào)量 銷(xiāo)

25、毀指定的信號(hào)量。int sem_destroy(sem_t *sem);示例代碼：oraclelocalhost$ cat semtest.c#include #include #include #include #include #include #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 (PrivIn

26、fo* prifo);static void info_destroy (PrivInfo* prifo);static void* pthread_func_1 (PrivInfo* prifo);static void* pthread_func_2 (PrivInfo* prifo);int main (int argc, char* argv) pthread_t pt_1 = 0; pthread_t pt_2 = 0; int ret = 0; PrivInfo* prifo = NULL; prifo = (PrivInfo* )malloc (sizeof (PrivInfo)

27、; if (prifo = NULL) printf (%s: Failed to malloc priv.n); return -1; info_init (prifo); ret = pthread_create (&pt_1, NULL, (void*)pthread_func_1, prifo); if (ret != 0) perror (pthread_1_create:); ret = pthread_create (&pt_2, NULL, (void*)pthread_func_2, prifo); if (ret != 0) perror (pthread_2_create:); pthread_join (pt_1, NULL); pthread_join (pt_2, NULL); info_