线程与同步

1.线程创建与管理：pthread 库

在 C 语言中，线程的创建与管理主要通过 POSIX 线程库（pthread） 实现，核心函数包括 pthread_create（创建线程）、pthread_join（等待线程结束）、pthread_exit（线程退出），并可通过线程属性控制线程的行为（如分离态）。

1.核心函数与线程生命周期

1. 线程创建：pthread_create
2. 等待线程结束：pthread_join
   作用：阻塞当前线程，直到目标线程结束，并回收其资源（避免 “僵尸线程”）。
3. 线程退出：pthread_exit
   作用：终止当前线程，并通过 retval 传递返回值（被 pthread_join 捕获）。
   注意：
   主线程调用 pthread_exit 会等待所有子线程结束后再退出进程；若主线程用 exit，会立即终止所有子线程。

2.线程属性：分离态（PTHREAD_CREATE_DETACHED）

线程默认是非分离态（PTHREAD_CREATE_JOINABLE），需通过 pthread_join 回收资源。若线程无需返回值且不需要被等待，可设置为分离态（PTHREAD_CREATE_DETACHED），其结束后会自动释放资源，无需 pthread_join。

设置分离态的步骤：
初始化线程属性：pthread_attr_init
设置分离态属性：pthread_attr_setdetachstate
创建线程时传入属性
销毁线程属性：pthread_attr_destroy

2.线程同步与互斥

1.互斥锁

互斥锁（Mutex）是最常用的同步工具，通过 “加锁 - 解锁” 机制保证同一时间只有一个线程访问共享资源，本质是 “二进制信号量”（状态：锁定 / 未锁定）。

1. 核心函数
   函数 功能 关键说明
   pthread_mutex_init 初始化互斥锁 需指定属性（默认属性传 NULL）
   pthread_mutex_lock 加锁（阻塞） 若锁已被占用，线程阻塞等待
   pthread_mutex_trylock 加锁（非阻塞） 若锁已被占用，立即返回错误（EBUSY）
   pthread_mutex_unlock 解锁 必须由持有锁的线程调用，否则行为未定义
   pthread_mutex_destroy 销毁互斥锁 释放锁占用的资源，需在锁未被占用时调用

2.条件变量（pthread_cond_t）：解决 “等待 - 唤醒” 问题

条件变量用于协调线程的执行顺序（如 “等待某个条件成立后再执行”），配合互斥锁使用，解决 “忙等”（线程循环检查条件，浪费 CPU 资源）问题。典型场景：生产者 - 消费者模型（生产者生产数据后唤醒消费者，消费者无数据时等待）。

1. 核心函数
   函数 功能 关键说明
   pthread_cond_init 初始化条件变量 需指定属性（默认传 NULL）
   pthread_cond_wait 等待条件成立（阻塞） 必须在互斥锁保护下调用，会自动释放锁并阻塞，被唤醒后重新获取锁
   pthread_cond_signal 唤醒一个等待的线程 唤醒任意一个等待线程（通常是优先级最高的）
   pthread_cond_broadcast 唤醒所有等待的线程 适用于多个线程等待同一条件的场景
   pthread_cond_destroy 销毁条件变量 需在无线程等待时调用

pthread_cond_wait 强制要求传入一个已加锁的互斥锁，原因是为了避免竞态条件：

线程检查条件（如 “缓冲区是否为空”）和进入等待状态之间，可能被其他线程打断并修改条件（如另一个线程放入数据），导致 “条件已满足却错误等待”。

循环检查条件：pthread_cond_wait 可能被虚假唤醒（无信号时唤醒），需用 while 而非 if 循环检查条件；

3.线程级信号量（sem_t）：轻量级同步

线程级信号量（无名信号量）是计数型同步工具，可用于线程间的互斥（计数 = 1）或资源计数（如缓冲区空位数量），比 “互斥锁 + 条件变量” 更简洁，适合简单场景。

1. 核心函数（线程间使用）
   函数 功能 关键说明
   sem_init 初始化信号量 pshared=0 表示线程间使用，value 为初始计数
   sem_wait P 操作（请求资源，阻塞） 计数 - 1，若计数 < 0 则阻塞
   sem_trywait P 操作（非阻塞） 计数 < 0 时返回错误（EAGAIN）
   sem_post V 操作（释放资源） 计数 + 1，若有线程阻塞则唤醒一个
   sem_destroy 销毁信号量 释放资源，需在无线程等待时调用