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3.16-线程同步

news 来源：原创 2025/5/7 14:29:40

线程同步

同步：即协同步调，按预定的先后次序访问共享数据。
数据同步：指一个线程发出某一功能调用时，没有得到结果前，该调用不返回。同时，其他线程为保证数据一致性，不调用该功能。

数据混乱的原因

资源共享
调度随机
线程之间缺乏必要的同步机制

锁的属性：
- 系统提供给用户的所有锁全部为”建议锁“，不具备强制性。
- 如果访问共享数据的线程不拿锁，直接访问共享数据，能访问成功但是数据就会有出现混乱的风险。——拿锁与否完全取决于程序的编写。

互斥量（互斥锁）

pthread_mutex_t mutex；创建互斥锁
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t  *mu‐
texattr); // 初始化互斥锁

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex); // 加锁，如果锁被占用，阻塞
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex); // 尝试加锁，不阻塞

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex); // 解锁，唤醒阻塞在此锁上的进程

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex); // 销毁互斥锁

注意事项：

锁的粒度越小越好（访问共享数据前，加锁，访问共享数据结束后，立即解锁）。
互斥锁，本质：结构体。我们可以把它当成整数看待，初始值为 1
加锁：-- 操作。失败：阻塞线程
解锁：++ 操作
try：尝试加锁。成功：–，失败，设置错误号。

初始化互斥量：

pthread_mutex_t mut = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; // 静态初始化
pthread_mutex_init(&mut, NULL; // 动态初始化

死锁

死锁不是锁，是一种错误使用锁的状态。
常见死锁种类：
1. 对一把锁反复 lock。
2. 两个线程各自持有一把锁，请求另一把锁。

读写锁

锁只有一把，可以指定为”读模式“和”写模式“。
读共享，写独占。
写锁优先级高。

相较于互斥锁而言，读写锁适合对数据结构读的操作次数远高于写的次数的场景。

操作函数

pthread_rwlock_t rwlock; // 创建读写锁对象
       int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);
       int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock,
           const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);
       int 
           pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
       int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

       int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
       int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

restrict 关键字：
- 用来修饰指针标量。被该关键字修饰的指针变量指向的内存操作，只能由本指针完成。

条件变量

条件变量不是锁，通常配合互斥锁使用，也能造成线程阻塞

操作函数

pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER; // 静态初始化

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr); // 动态

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond); // 唤醒阻塞在条件变量上的线程

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond); // 唤醒阻塞在条件变量上的线程

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex); // 等待条件满足
作用：
    1. 阻塞等待条件满足。
    2. 解锁已经加锁成功的互斥量。
    ——1. 2. 为一个原子操作，不可再分。
	...等待...
    3. 当条件满足，函数返回时，重新加锁
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex, const
struct timespec *abstime); // 超时退出

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond); // 销毁条件变量

信号量

信号量与信号无关
信号量相当于初始值为 N 的互斥量，可以表示同时访问共享数据的线程数。

操作函数

sem_t 

int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
// 动态初始化，没有静态
参 2：
    0：用于线程间同步
    非 0：用于进程间同步
参 3：
    信号量的初值 N
返回值：成功：0  失败：-1，errno
int sem_destroy(sem_t *sem);

int sem_trywait(sem_t *sem);

int sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout);

int sem_post(sem_t *sem);
// 一次调用做一次 ++ 操作。当信号为 N 的时候再次 ++ 会阻塞。
int sem_wait(sem_t *sem);
// 一次调用做一次 -- 操作。当信号为 0 的时候再次 -- 会阻塞。