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你真的懂线程同步么?
发布时间:2018/9/21 16:51:01   作者:佚名   点击:

  前言:学进程时,学习的重点应该进程间通信,而学习线程时,重点就应该是线程同步了。想过为什么?fork创建子进程之后,子进程有自己的独立地址空间和PCB,想和父进程或其它进程通信,就需要各种通信方式,例如无名管道(管道,我习惯这么叫无名管道)、有名管道(命名管道)、信号、消息队列、信号量、共享内存等;而pthread_create创建子线程之后,子线程没有独立的地址空间,大部分数据都是共享的,如果同时访问数据,就是造成混乱,所以要控制,就是线程同步了。

  一、同步概念

  为什么要特意说一下同步概念呢?因为它跟其他领域的“同步”有些差异。

  所谓同步,即同时起步,协调一致。不同的对象,对“同步”的理解方式略有不同。如,设备同步,是指在两个设备之间规定一个共同的时间参考;数据库同步,是指让两个或多个数据库内容保持一致,或者按需要部分保持一致;文件同步,是指让两个或多个文件夹里的文件保持一致。等等

       而,编程中、通信中所说的同步与生活中大家印象中的同步概念略有差异。“同”字应是指协同、协助、互相配合。主旨在协同步调,按预定的先后次序运行

  二、线程同步方式

  这篇博客主要介绍四种方式,如下:

方式 通用标识
互斥锁(互斥量) pthread_mutex_
读写锁  pthread_rwlock_
条件变量 pthread_cond_
信号量 sem_

    表中的“通用标识”,指的是那种同步方式的函数、类型都那么开头的,方便记忆;还有其他方式,自旋锁、屏蔽,感觉不常用,有兴趣可以阅读APUE。

   三、互斥锁(互斥量)

  1、介绍

  先来画个图,来简单说明一下:  PS:依旧是全博客园最丑图,不接受反驳!

  

        

  Linux中提供一把互斥锁mutex(也称之为互斥量)。

  每个线程在对资源操作前都尝试先加锁,成功加锁才能操作,操作结束解锁。

       资源还是共享的,线程间也还是竞争的,                                                                

       但通过“锁”就将资源的访问变成互斥操作,而后与时间有关的错误也不会再产生了。

  2、主要函数  

  pthread_mutex_init函数    //初始化mutex,默认为1

       pthread_mutex_destroy函数  //销毁锁

       pthread_mutex_lock函数     //加锁,加锁不成功,一直阻塞在那等待

       pthread_mutex_trylock函数   //尝试加锁,加锁不成功,直接返回

       pthread_mutex_unlock函数  //解锁

  以上5个函数的返回值都是:成功返回0, 失败返回错误号。  

  pthread_mutex_t 类型,其本质是一个结构体。为简化理解,应用时可忽略其实现细节,简单当成整数看待。

  变量mutex只有两种取值1、0。

  • pthread_mutex_init函数

  初始化一个互斥锁(互斥量) ---> 初值可看作1

        原型:int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);

        参1:传出参数,调用时应传 &mutex      

        这个restrict关键字可能第一次遇到,说明一下:只用于限制指针,告诉编译器,所有修改该指针指向内存中内容的操作,只能通过本指针完成。不能通过除本指针以外的其他变量或指针修改

         参2:互斥量属性。是一个传入参数,通常传NULL,选用默认属性(线程间共享)。互斥锁也可以用于进程间同步,需要修改属性为进程间共享。 参APUE.12.4同步属性

  1. 静态初始化:如果互斥锁 mutex 是静态分配的(定义在全局,或加了static关键字修饰),可以直接使用宏进行初始化。e.g.  pthead_mutex_t muetx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
  2. 动态初始化:局部变量应采用动态初始化。e.g.  pthread_mutex_init(&mutex, NULL)

  其他函数就不解释了,相对比较简单。

  示例程序,主要对标准输出进行加锁,使主线程打印大写“HELLO WORLD”,子线程打印小写“hello world”,程序如下:

  

 View Code

  编译时也要记得链上-pthread。

  四、读写锁

  1、特性

  (1)读写锁是“写模式加锁”时, 解锁前,所有对该锁加锁的线程都会被阻塞。

  (2)读写锁是“读模式加锁”时, 如果线程以读模式对其加锁会成功;如果线程以写模式加锁会阻塞。

  (3)读写锁是“读模式加锁”时, 既有试图以写模式加锁的线程,也有试图以读模式加锁的线程。那么读写锁会阻塞随后的读模式锁请求。优先满足写模式锁。读锁、写锁并行阻塞,写锁优先级高

         读写锁也叫共享-独占锁。当读写锁以读模式锁住时,它是以共享模式锁住的;当它以写模式锁住时,它是以独占模式锁住的。写独占、读共享。

         读写锁非常适合于对数据结构读的次数远大于写的情况。

  敲重点了,记住12个字:写独占、读共享;写锁优先级高。

 

  2、主要函数  

   pthread_rwlock_init函数     //初始化

         pthread_rwlock_destroy函数  //销毁锁

         pthread_rwlock_rdlock函数    //读加锁,阻塞

         pthread_rwlock_wrlock函数   //写解锁,阻塞

         pthread_rwlock_tryrdlock函数  //尝试读解锁

         pthread_rwlock_trywrlock函数 //尝试写加锁

         pthread_rwlock_unlock函数  //解锁

  以上7 个函数的返回值都是:成功返回0, 失败直接返回错误号。 

        pthread_rwlock_t类型   用于定义一个读写锁变量。

        pthread_rwlock_t rwlock;

  这些参考互斥锁的函数,进行对比学习,只是多了读锁和写锁,就不过多解释了。

  实例程序,3个线程“写”全局变量,5个全局变量“读”全局变量,程序如下:

转自:博客园

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