线程的同步与互斥

多个线程同时访问共享数据时可能会发生冲突，比如两个线程同时把一个全局变量加1，结果可能不是我们所期待的：

我们看这段代码的执行结果：

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <pthread.h>

static int g_count=0;

void *thread(void *arg)

{

int index=0;

int tmp=0;

while(index++<5000)

{

tmp=g_count;

printf("this is thread %d,count is :%d\n",(int)arg,tmp);

g_count=tmp+1;

}

}

int main()

{

pthread_t tid1,tid2;

pthread_create(&tid1,NULL,thread,(void*)1);

pthread_create(&tid2,NULL,thread,(void*)2);

pthread_join(tid1,NULL);

pthread_join(tid2,NULL);

printf("the final value is %d\n",g_count);

return 0;

}

我们看它的执行结果：

我们创建了两个线程，各自把全局变量g_count加了5000次，结果理论上应该是10000，但其实不然，每次运行的结果都不一样，证明访问冲突了。为了解决这个问题，我们需引入互斥锁。获得锁的线程可以完成“读--修改--写”的操作，然后释放锁给其他线程，没有获得锁的线程只能等待，而不能访问共享数据，这样“读--修改--写”散步操作就成了原子操作，要么都执行，要么都不执行，不会执行到中间而被打断，这样就如我们所期待的了。

pthread_mutex_init函数对mutex做初始化，它可以被pthread_mutex_destroy销毁。如果mutex变量是静态分配的，也可以用宏定义PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER来初始化，相当于pthread_mutex_init初始化并且attr参数为NULL。

加锁和解锁所需函数：

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex)

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex)

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex)

成功返回0，失败返回错误号。

一个线程可以调用int pthread_mutex_lock获得mutex，如果这时候另一个线程已经调用int pthread_mutex_lock获得了该mutex，则当前线程需要挂起等待，直到另一个线程调用pthread_mutex_unlock释放mutex，当前线程被唤醒，才能获得该mutex并继续执行。

如果一个线程既想获得锁，又不想挂起等待，可以调用 pthread_mutex_trylock，如果mutex已经被另一个线程获得，则这个函数会返回EBUSY，而不会使线程挂起等待。

知道这些的话，我们重新修改以上代码：

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <pthread.h>

static int g_count=0;

pthread_mutex_t mutex_lock=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void *thread(void *arg)

{

int index=0;

int tmp=0;

while(index++<5000)

{

pthread_mutex_lock(&mutex_lock);

tmp=g_count;

printf("this is thread %d,count is :%d\n",(int)arg,tmp);

g_count=tmp+1;

pthread_mutex_unlock(&mutex_lock);

}

}

int main()

{

pthread_t tid1,tid2;

pthread_create(&tid1,NULL,thread,(void*)1);

pthread_create(&tid2,NULL,thread,(void*)2);

pthread_join(tid1,NULL);

pthread_join(tid2,NULL);

printf("the final value is %d\n",g_count);

return 0;

}

运行结果如下：

我们可以看到，经过我们加锁后，最后value的值是我们所期待的10000，加锁成功，成功实现了两个线程的互斥运行。

死锁产生的原因及四个必要条件

所谓死锁，是指多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局，当进程处于这种僵持状态时，若无外力作用，他们都将无法再向前推进。

产生死锁的主要原因有：

1.系统资源不足；

2.进程运行推进的顺序不合适；

3.资源分配不当等；

如果系统资源充足，进程的资源请求都能够得到满足，死锁出现的可能性就降低，否则，就会因争夺有限的资源而陷入死锁。其次，进程运行推进顺序与速度不同，也可能产生死锁。

产生死锁的四个必要条件：

1.互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用；

2.请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放；

3.不剥夺条件：进程已获得的资源，在使用完之前，不能强行剥夺；

4.循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系；

以上是产生死锁的四个必要条件，只要系统发生死锁，这些条件必然成立，而只要上述条件之一不满足，就不会发生死锁。

处理死锁的基本方法：

1.预防死锁：

该方法是通过设置某些限制条件，去破坏产生死锁四个必要条件中的一个或几个条件，来预防发生死锁。

2.避免死锁

不需事先采取各种限制措施去破坏产生死锁的四个必要条件，而是在资源的动态分配过程中，用某种方法去防止系统进入不安全状态，从而避免发生死锁。

3.检测死锁

这种方法不需事先采取任何限制措施，也不必检查系统是否已经进入不安全区，而是允许系统在运行过程中发生死锁。但可以通过系统所设置的检测机构，及时的检测死锁的发生，并精确的确定与死锁有关的进程资源，然后采取适当措施，从系统中将已发生的死锁清除掉。

4.解除死锁

这是与检测死锁相配套的一种措施。当检测到发生死锁时，需将进程从死锁状态中解脱出来。常用的实施方法是撤消或挂起一些进程，以便回收一些资源，再将这些资源分配给已处于阻塞状态的进程，使之转为就绪状态，一边继续运行。

死锁的解除与预防：

理解了死锁的原因，尤其是产生死锁的四个必要条件，就可以最大程度的避免，预防和解除死锁。所以在系统设计，进程调度等方面注意如何不让这四个必要条件成立，如何确定资源的合理分配算法，避免进程永久占用系统资源。此外，也要防止进程在处于等待状态的情况下占用资源。因此，对资源的分配要给与合理的规划。