Linux C线程同步的三种方法

void* thr_fn1()
{printf ("111111");
}int main()
{int err;pthread_t tid;void *tret;err = pthread_create(&tid, NULL, thr_fn1, NULL);if (err != 0).........错误err = pthread_join(tid, &tret);if (err != 0).........错误exit(0);
}

带返回值

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>extern void* threadFun(void* arg);int main()
{char pNameA[20] = "I'am thread A";pthread_t pid;pthread_create(&pid, NULL, threadFun, pNameA);char* retStr = 0;pthread_join(pid, (void**)&retStr);printf("Main process:%s.\r\n", retStr);delete[] retStr;return 0;
}void* threadFun(void* arg)
{char* pName = (char*)arg;int count = 0;while(count < 5){printf("%s, count:%d\r\n", pName, count);sleep(1);count++;}char* retVal = new char[32];sprintf(retVal, "%s, final count is:%d.", pName, count);return ((void*)retVal);
}

结构体：

具体例子#ifdef HAVE_CONFIG_H
#include <config.h>
#endif#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>// 参数结构体
struct argument
{int num;char string[30];
};// 声明两个线程函数
void *thread1_func( void * );
void *thread2_func( void * );int main(int argc, char *argv[])
{//定义两个线程标识符pthread_t thread1, thread2;//定义用来接收两个线程退出后的返回值,用作pthread_join的第二个参数void *thread1_return, *thread2_return;//传递的参数结构体struct argument arg1, arg2;int i;int wait_thread_end; //判断线程退出成功与否//参数结构体值初始化arg1.num = 1949;strcpy( arg1.string, "中华人民共和国" );arg2.num = 2012;strcpy( arg2.string, "建国63周年" );// 创建两个线程pthread_create(&thread1, NULL, thread1_func, (void*)&arg1 );pthread_create( &thread2, NULL, thread2_func, (void*)&arg2 );for( i = 0; i < 2; i++ ){printf("我是最初的进程！\n");sleep(2);  //主统线程睡眠，调用其他线程}//等待第一个线程退出，并接收它的返回值(返回值存储在thread1_return)wait_thread_end = pthread_join( thread1, &thread1_return );if( wait_thread_end != 0 ) {printf("调用 pthread_join 获取线程1的返回值出现错误!\n");}else{printf("调用 pthread_join 成功！线程1退出后的返回值是 %d\n", (int)thread1_return);}//等待第二个线程退出，并接收它的返回值(返回值存储在thread2_return)wait_thread_end = pthread_join( thread2, &thread2_return);if( wait_thread_end != 0 ) {printf("调用 pthread_join 获取线程2的返回值出现错误!\n");}else{printf("调用 pthread_join 成功！线程2退出后的返回值是 %d\n",(int)thread2_return );}return EXIT_SUCCESS;
}/***线程1函数实现 */void *thread1_func( void *arg )
{int i;struct argument *arg_thread1; // 接收传递过来的参数结构体arg_thread1 = ( struct argument * )arg;for( i = 0; i < 3; i++){printf( "我来自线程1，传递给我的参数是 %d, %s\n", arg_thread1->num, arg_thread1->string);sleep(2); // 投入睡眠，调用其它线程}return (void *)123;
}void *thread2_func( void *arg )
{int i;struct argument *arg_thread2; // 接收传递过来的参数结构体arg_thread2 = ( struct argument * )arg;for( i = 0; i < 3; i++){printf( "我来自线程2，传递给我的参数是 %d, %s\n", arg_thread2->num, arg_thread2->string);sleep(2); // 投入睡眠，调用其它线程}return (void *)456;
}

线程的最大特点是资源的共享性，但资源共享中的同步问题是多线程编程的难点。linux下提供了多种方式来处理线程同步，最常用的是互斥锁、条件变量和信号量。

一、互斥锁(mutex)

通过锁机制实现线程间的同步。

初始化锁。在Linux下，线程的互斥量数据类型是pthread_mutex_t。在使用前,要对它进行初始化。
静态分配：pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
动态分配：int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutex_attr_t *mutexattr);
加锁。对共享资源的访问，要对互斥量进行加锁，如果互斥量已经上了锁，调用线程会阻塞，直到互斥量被解锁。
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex *mutex);
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
解锁。在完成了对共享资源的访问后，要对互斥量进行解锁。
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
销毁锁。锁在是使用完成后，需要进行销毁以释放资源。
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex *mutex);

#include <cstdio>

#include <cstdlib>

#include <unistd.h>

#include <pthread.h>

#include "iostream"

using namespace std;

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

int tmp;

void* thread(void *arg)

{

cout << "thread id is " << pthread_self() << endl;

pthread_mutex_lock(&mutex);

tmp = 12;

cout << "Now a is " << tmp << endl;

pthread_mutex_unlock(&mutex);

return NULL;

}

int main()

{

pthread_t id;

cout << "main thread id is " << pthread_self() << endl;

tmp = 3;

cout << "In main func tmp = " << tmp << endl;

if (!pthread_create(&id, NULL, thread, NULL))

{

cout << "Create thread success!" << endl;

}

else

{

cout << "Create thread failed!" << endl;

}

pthread_join(id, NULL);

pthread_mutex_destroy(&mutex);

return 0;

}

//编译：g++ -o thread testthread.cpp -lpthread

二、条件变量(cond)

互斥锁不同，条件变量是用来等待而不是用来上锁的。条件变量用来自动阻塞一个线程，直到某特殊情况发生为止。通常条件变量和互斥锁同时使用。条件变量分为两部分: 条件和变量。条件本身是由互斥量保护的。线程在改变条件状态前先要锁住互斥量。条件变量使我们可以睡眠等待某种条件出现。条件变量是利用线程间共享的全局变量进行同步的一种机制，主要包括两个动作：一个线程等待"条件变量的条件成立"而挂起；另一个线程使"条件成立"（给出条件成立信号）。条件的检测是在互斥锁的保护下进行的。如果一个条件为假，一个线程自动阻塞，并释放等待状态改变的互斥锁。如果另一个线程改变了条件，它发信号给关联的条件变量，唤醒一个或多个等待它的线程，重新获得互斥锁，重新评价条件。如果两进程共享可读写的内存，条件变量可以被用来实现这两进程间的线程同步。

初始化条件变量。
静态态初始化，pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIER;
动态初始化，int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr);
等待条件成立。释放锁,同时阻塞等待条件变量为真才行。timewait()设置等待时间,仍未signal,返回ETIMEOUT(加锁保证只有一个线程wait)
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_cond_timewait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex *mutex,const timespec *abstime);
激活条件变量。pthread_cond_signal,pthread_cond_broadcast（激活所有等待线程）
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond); //解除所有线程的阻塞
清除条件变量。无线程等待,否则返回EBUSY
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

#include <stdio.h>

#include <pthread.h>

#include "stdlib.h"

#include "unistd.h"

pthread_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 running\n");

pthread_mutex_lock(&mutex);

pthread_cond_wait(&cond, &mutex);

printf("thread1 applied the condition\n");

pthread_mutex_unlock(&mutex);

sleep(4);

}

pthread_cleanup_pop(0);

}

void *thread2(void *arg)

{

while(1)

{

printf("thread2 is running\n");

pthread_mutex_lock(&mutex);

pthread_cond_wait(&cond, &mutex);

printf("thread2 applied the condition\n");

pthread_mutex_unlock(&mutex);

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_exit(0);

return 0;

}

#include <pthread.h>

#include <unistd.h>

#include "stdio.h"

#include "stdlib.h"

static 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 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)

{

//这个mutex主要是用来保证pthread_cond_wait的并发性

pthread_mutex_lock(&mtx);

while (head == NULL)

{

//这个while要特别说明一下，单个pthread_cond_wait功能很完善，为何

//这里要有一个while (head == NULL)呢？因为pthread_cond_wait里的线

//程可能会被意外唤醒，如果这个时候head != NULL，则不是我们想要的情况。

//这个时候，应该让线程继续进入pthread_cond_wait

// pthread_cond_wait会先解除之前的pthread_mutex_lock锁定的mtx，

//然后阻塞在等待对列里休眠，直到再次被唤醒(大多数情况下是等待的条件成立

//而被唤醒，唤醒后，该进程会先锁定先pthread_mutex_lock(&mtx);，再读取资源

//用这个流程是比较清楚的

pthread_cond_wait(&cond, &mtx);

p = head;

head = head->n_next;

printf("Got %d from front of queue/n", p->n_number);

free(p);

}

pthread_mutex_unlock(&mtx); //临界区数据操作完毕，释放互斥锁

}

pthread_cleanup_pop(0);

return 0;

}

int main(void)

{

pthread_t tid;

int i;

struct node *p;

//子线程会一直等待资源，类似生产者和消费者，但是这里的消费者可以是多个消费者，而

//不仅仅支持普通的单个消费者，这个模型虽然简单，但是很强大

pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);

sleep(1);

for (i = 0; i < 10; i++)

{

p = (struct node*)malloc(sizeof(struct node));

p->n_number = i;

pthread_mutex_lock(&mtx); //需要操作head这个临界资源，先加锁，

p->n_next = head;

head = p;

pthread_cond_signal(&cond);

pthread_mutex_unlock(&mtx); //解锁

sleep(1);

}

printf("thread 1 wanna end the line.So cancel thread 2./n");

//关于pthread_cancel，有一点额外的说明，它是从外部终止子线程，子线程会在最近的取消点，退出

//线程，而在我们的代码里，最近的取消点肯定就是pthread_cond_wait()了。

pthread_cancel(tid);

pthread_join(tid, NULL);

printf("All done -- exiting/n");

return 0;

}

三、信号量(sem)

如同进程一样，线程也可以通过信号量来实现通信，虽然是轻量级的。信号量函数的名字都以"sem_"打头。线程使用的基本信号量函数有四个。

信号量初始化。
int sem_init (sem_t *sem , int pshared, unsigned int value);
这是对由sem指定的信号量进行初始化，设置好它的共享选项(linux 只支持为0，即表示它是当前进程的局部信号量)，然后给它一个初始值VALUE。
等待信号量。给信号量减1，然后等待直到信号量的值大于0。
int sem_wait(sem_t *sem);
释放信号量。信号量值加1。并通知其他等待线程。
int sem_post(sem_t *sem);
销毁信号量。我们用完信号量后都它进行清理。归还占有的一切资源。
int sem_destroy(sem_t *sem);

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <pthread.h>

#include <semaphore.h>

#include <errno.h>

#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 (PrivInfo* thiz);

static void info_destroy (PrivInfo* thiz);

static void* pthread_func_1 (PrivInfo* thiz);

static void* pthread_func_2 (PrivInfo* thiz);

int main (int argc, char** argv)

{

pthread_t pt_1 = 0;

pthread_t pt_2 = 0;

int ret = 0;

PrivInfo* thiz = NULL;

thiz = (PrivInfo* )malloc (sizeof (PrivInfo));

if (thiz == NULL)

{

printf ("[%s]: Failed to malloc priv./n");

return -1;

}

info_init (thiz);

ret = pthread_create (&pt_1, NULL, (void*)pthread_func_1, thiz);

if (ret != 0)

{

perror ("pthread_1_create:");

}

ret = pthread_create (&pt_2, NULL, (void*)pthread_func_2, thiz);

if (ret != 0)

{

perror ("pthread_2_create:");

}

pthread_join (pt_1, NULL);

pthread_join (pt_2, NULL);

info_destroy (thiz);

return 0;

}

static void info_init (PrivInfo* thiz)

{

return_if_fail (thiz != NULL);

thiz->end_time = time(NULL) + 10;

sem_init (&thiz->s1, 0, 1);

sem_init (&thiz->s2, 0, 0);

return;

}

static void info_destroy (PrivInfo* thiz)

{

return_if_fail (thiz != NULL);

sem_destroy (&thiz->s1);

sem_destroy (&thiz->s2);

free (thiz);

thiz = NULL;

return;

}

static void* pthread_func_1 (PrivInfo* thiz)

{

return_if_fail(thiz != NULL);

while (time(NULL) < thiz->end_time)

{

sem_wait (&thiz->s2);

printf ("pthread1: pthread1 get the lock./n");

sem_post (&thiz->s1);

printf ("pthread1: pthread1 unlock/n");

sleep (1);

}

return;

}

static void* pthread_func_2 (PrivInfo* thiz)

{

return_if_fail (thiz != NULL);

while (time (NULL) < thiz->end_time)

{

sem_wait (&thiz->s1);

printf ("pthread2: pthread2 get the unlock./n");

sem_post (&thiz->s2);

printf ("pthread2: pthread2 unlock./n");

sleep (1);

}

return;

}