Linux下的 c 多线程与线程同步（二）

关于线程本人力推苏丙榅老师（曾经担任黑马讲师）的视频讲解，B站与老师自己博客都有老师的讲解，内容通俗易懂非常适合学习，本人线程学习皆从老师处学习。

https://subingwen.cn/linux/thread-sync/

上一章节讲述了线程的创建与使用，本章节主要讲述线程同步；

为什么要线程同步？

举个栗子，相信年轻一的的小伙伴都有想过，假如我银行卡内有300块，我提到支付宝的时候同一时间在ATM里取300，那是不是就能赚他300？很遗憾，银行可不会给你钻空子，此时就引出了线程同步的概念

线程同步的概念：

很多小伙伴认为线程同步是执行的同步，实则不然；所谓线程同步，其实是多线程情况下对于内存中的共享资源进行访问修改的时候，使这个共享资源按顺序被修改，所谓的同步并不是多个线程同时对内存进行访问，而是按照先后顺序依次进行的。

其实使用原子变量也可以达到以上效果，而且不用开锁解锁，更加节省资源，有兴趣的小伙伴可以去了解一下，这里不过多赘述

1.1 同步方式

对于多个线程访问共享资源出现数据混乱的问题，需要进行线程同步。常用的线程同步方式有四种：互斥锁、读写锁、条件变量、信号量。所谓的共享资源就是多个线程共同访问的变量，这些变量通常为全局数据区变量或者堆区变量，这些变量对应的共享资源也被称之为临界资源。

1.2互斥锁

创建的锁对象中保存了当前这把锁的状态信息：锁定还是打开，如果是锁定状态还记录了给这把锁加锁的线程信息（线程 ID）。一个互斥锁变量只能被一个线程锁定，被锁定之后其他线程再对互斥锁变量加锁就会被阻塞，直到这把互斥锁被解锁，被阻塞的线程才能被解除阻塞。一般情况下，每一个共享资源对应一个把互斥锁，锁的个数和线程的个数无关。

// 初始化互斥锁
// restrict: 是一个关键字, 用来修饰指针, 只有这个关键字修饰的指针可以访问指向的内存地址, 其他指针是不行的
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex,const pthread_mutexattr_t *restrict attr);
// 释放互斥锁资源
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

参数:
mutex: 互斥锁变量的地址
attr: 互斥锁的属性，一般使用默认属性即可，这个参数指定为 NULL

加锁

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);//给代码段加锁

线程会判断当前锁的状态：

如果是上锁状态：线程会阻塞在此处

如果为未锁：线程加锁并记录锁状态，向下执行

尝试加锁

// 尝试加锁
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);

线程会判断当前锁的状态：

如果是上锁状态：线程不会被阻塞，加锁失败直接返回错误号

如果为未锁：线程加锁并记录锁状态，向下执行

解锁

// 对互斥锁解锁
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

1.3读写锁

读写锁相当于高级的互斥锁，就像svip与vip一样。

创建：

pthread_rwlock_t rwlock;

之所以称其为读写锁，是因为这把锁既可以锁定读操作，也可以锁定写操作。为了方便理解，可以大致认为在这把锁中记录了这些信息：

1.1 锁的状态：锁定 / 打开
1.2 锁定的是什么操作：读操作 / 写操作，使用读写锁锁定了读操作，需要先解锁才能去锁定写操作，反之亦然。
1.3 哪个线程将这把锁锁上了

特点：1.使用读写锁的读锁锁定了临界区，线程对临界区的访问是并行的，读锁是共享的。

2.使用读写锁的写锁锁定了临界区，线程对临界区的访问是串行的，写锁是独占的。

3.使用读写锁分别对两个临界区加了读锁和写锁，两个线程要同时访问者两个临界区，访问写锁临界区的线程继续运行，访问读锁临界区的线程阻塞，因为写锁比读锁的优先级高。

加读锁：

// 在程序中对读写锁加读锁, 锁定的是读操作
int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

加写锁：

// 在程序中对读写锁加写锁, 锁定的是写操作
int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

解锁：

// 解锁, 不管锁定了读还是写都可用解锁
int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

1.4条件变量

一般情况下条件变量主要针对消费者模型，并且和互斥锁配合使用

严格意义上来说，条件变量的主要作用不是处理线程同步，而是进行线程的阻塞。如果在多线程程序中只使用条件变量无法实现线程的同步，必须要配合互斥锁来使用。
条件变量只有在满足指定条件下才会阻塞线程，如果条件不满足，多个线程可以同时进入临界区，同时读写临界资源，这种情况下还是会出现共享资源中数据的混乱。

pthread_cond_t cond;//创建条件变量
// 初始化
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,const pthread_condattr_t *restrict attr);
// 销毁释放资源
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

参数

cond为对象地址
attr一般情况下置空，使用默认属性

同步

// 线程阻塞函数, 哪个线程调用这个函数, 哪个线程就会被阻塞
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex);

若条件变量在此处阻塞，会自动打开传入的互斥锁，以便其他的线程正常运行，理论上来说可以使全部的消费者线程阻塞在此处，当生产者线程抢到cpu时间片后正常加锁执行后调用解除阻塞函数；使消费者线程正常执行，此时阻塞在此处的消费者线程会抢夺此处的互斥锁，如何正常执行，如果没抢到锁，则继续阻塞；

解除阻塞：

// 唤醒阻塞在条件变量上的线程, 至少有一个被解除阻塞
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
// 唤醒阻塞在条件变量上的线程, 被阻塞的线程全部解除阻塞
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);

此文章为作者学习时的记录，如有缺陷多多包涵