Linux线程同步

约定不等于承诺〃 2023-05-28 11:30 5阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  一、线程同步的概念
 *  二、互斥锁
 *   *  1、初始化锁
     *  2、阻塞加锁
     *  3、非阻塞加锁
     *  4、解锁
     *  5、销毁锁（此时锁必需unlock状态，否则返回EBUSY）
 *  三、示例程序
 *  四、版权声明

# 一、线程同步的概念 #

线程同步？怎么同步？一起运行？一起停止？我当年听说线程同步这个词的时候，也是一头雾水。

在人们的日常生活中的锁大概有两种：一种是不允许访问；另一种是资源忙，同一时间只允许一个使用者占用，其它使用者必须要等待。

1）不允许访问的锁容易理解，就像每家每户的门锁，不允许外人进入。

2）第二种锁，例如火车上的厕所，它是公共的，空闲的时候任何人可以进入，人进去以后就会把它锁起来，其它的人如果要上厕所，必须等待解锁，即里面的人出来。还有红绿灯，红灯是加锁，绿灯是解锁。

对多线程来说，资源是共享的，基本上不存在不允许访问的情况，但是，共享的资源在某一时间点只能有一个线程占用，所以需要给资源加锁。

不知道是什么人采用了线程同步这个词，如果让我的命名，我会定义为线程锁，锁线程吗？不是，是锁共享资源，线程给共享资源加的锁。

线程的锁的种类有互斥锁、读写锁、条件变量、自旋锁、信号灯。

在本章节中，只介绍互斥锁，其它的锁应用场景复杂，开发难度很大，不合适初学者。

# 二、互斥锁 #

互斥锁机制是同一时刻只允许一个线程占有共享的资源。

## 1、初始化锁 ##

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex,const pthread_mutex_attr_t *mutexattr);

其中参数 mutexattr 用于指定锁的属性（见下），如果为NULL则使用缺省属性。

互斥锁的属性在创建锁的时候指定，当资源被某线程锁住的时候，其它的线程在试图加锁时表现将不同。当前有四个值可供选择：

1）PTHREAD\_MUTEX\_TIMED\_NP，这是缺省值，也就是普通锁。当一个线程加锁以后，其余请求锁的线程将形成一个等待队列，并在解锁后按优先级获得锁。这种锁策略保证了资源分配的公平性。

2）PTHREAD\_MUTEX\_RECURSIVE\_NP，嵌套锁，允许同一个线程对同一个锁成功获得多次，并通过多次unlock解锁。

3）PTHREAD\_MUTEX\_ERRORCHECK\_NP，检错锁，如果同一个线程请求同一个锁，则返回EDEADLK，否则与PTHREAD\_MUTEX\_TIMED\_NP类型动作相同。

4）PTHREAD\_MUTEX\_ADAPTIVE\_NP，适应锁，动作最简单的锁类型，等待解锁后重新竞争。

## 2、阻塞加锁 ##

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex *mutex);

如果是锁是空闲状态，本线程将获得这个锁；如果锁已经被占据，本线程将排队等待，直到成功的获取锁。

## 3、非阻塞加锁 ##

int pthread_mutex_trylock( pthread_mutex_t *mutex);

该函数语义与 pthread\_mutex\_lock() 类似，不同的是在锁已经被占据时立即返回  
EBUSY，不是挂起等待。

## 4、解锁 ##

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex *mutex);

线程把自己持有的锁释放。

## 5、销毁锁（此时锁必需unlock状态，否则返回EBUSY） ##

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex *mutex);

销毁锁之前，锁必需是空闲状态（unlock）。

# 三、示例程序 #

多线程可以共享资源（变量和对象），对编程带来了方便，但是某些对象虽然可以共享，但在同一个时间只能由一个线程使用，多个线程同时使用会产生冲突，例如socket连接，数据库连接池。

我们把前几章节的socket客户端程序book247.cpp修改为多线程。

**示例（book263.cpp）**

/* * 程序名：book263.cpp，此程序用于演示多线程的互斥锁 * 作者：C语言技术网(www.freecplus.net) 日期：20190525 */
    #include <stdio.h>
    #include <string.h>
    #include <unistd.h>
    #include <netdb.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <arpa/inet.h>
    #include <pthread.h>
    
    //xx pthread_mutex_t mutex; // 申明一个互斥锁
    
    // 与客户端通信线程的主函数
    void *pth_main(void *arg)
    { 
      int pno=(long)arg;   // 线程编号
    
      pthread_detach(pthread_self());
    
      char strbuffer[1024];
      
      for (int ii=0;ii<3;ii++)    // 与服务端进行3次交互。
      { 
        //xx pthread_mutex_lock(&mutex); // 加锁
        memset(strbuffer,0,sizeof(strbuffer));
        sprintf(strbuffer,"线程%d：这是第%d个超级女生，编号%03d。",pno,ii+1,ii+1);
        if (TcpClient.Send(strbuffer,strlen(strbuffer))<=0) break;
        printf("发送：%s\n",strbuffer);
    
        memset(strbuffer,0,sizeof(strbuffer));
        if (TcpClient.Recv(strbuffer,sizeof(strbuffer))<=0) break;
        printf("线程%d接收：%s\n",pno,strbuffer);
        //xx pthread_mutex_unlock(&mutex); // 释放锁
        // usleep(100); // usleep(100)，否则其它的线程无法获得锁。
      }
    
      pthread_exit(0);
    }
    
    int main()
    { 
      // 向服务器发起连接请求
      if (TcpClient.ConnectToServer("172.16.0.15",5051)==false)
      {  printf("TcpClient.ConnectToServer(\"172.16.0.15\",5051) failed,exit...\n"); return -1; }
    
      //xx pthread_mutex_init(&mutex,0); // 创建锁
    
      pthread_t pthid1,pthid2;
      pthread_create(&pthid1,NULL,pth_main,(void*)1);   // 创建第一个线程
      pthread_create(&pthid2,NULL,pth_main,(void*)2);   // 创建第二个线程
    
      pthread_join(pthid1,NULL);    // 等待线程1退出。
      pthread_join(pthid2,NULL);    // 等待线程2退出。
    
      //xx pthread_mutex_lock(&mutex); // 销毁锁
    }

在book263.cpp程序中，客户端成功连上服务器后，创建两个线程，同时与服务端进行通信，发送3个请求报文并接收服务端的回应。

book263.cpp暂时不启用锁，先试试效果。

启动服务端程序book261，然后再启动book263。

**运行效果**

![在这里插入图片描述][20200306091730718.png]

大家仔细研究一下book263运行的结果，可以发现客户端的两个线程的报文收发出现了混乱。

把book263.cpp的线程锁代码启用，编译运行。

**运行效果**

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L20wXzQ1MTMzODk0_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
非常棒，这正在我们想要的结果。

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来源：C语言技术网（www.freecplus.net）  
作者：码农有道

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