【线程同步高效率编程】

Linux系统中线程最大的特点就是共享性，线程同步问题较为困难也很重要，最常用的三种是：条件变量、互斥锁、无名信号量。(ps: 有名信号量可用于进程同步，无名信号量只能用于线程同步，是轻量级的。)

（一）、【互斥锁】：mutex

线程互斥量数据类型：pthread_mutex_t

初始化锁
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);
参数一：创建的互斥锁
参数二：存储互斥锁信息的结构，一般为NULL

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);
参数：指明互斥锁

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);
参数：指明互斥锁

销毁锁
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex *mutex);
参数：指明互斥锁

（二）、【条件变量】：cond

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。
数据类型：pthread_cond_t。

初始化
静态：pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIER;
动态：int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr);
参数一：指明条件变量
参数二：存储条件变量属性的结构>

等待条件成立：释放锁，同时等待条件为真才能有停止阻塞。
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);
参数一：指明条件变量
参数二：指明互斥锁
int pthread_cond_timewait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex *mutex,const timespec *abstime);

激活条件变量：
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

注销条件变量
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

（三）、【无名信号量】：sem，

注意：链接需要加上-pthread选项
例如：gcc -pthread main.c -o main

有名信号量可用于进程的同步，头文件：#include<sys/sem.h>，；而无名信号量只能用于线程，是轻量级，头文件：#include <semaphore.h>)。

初始化：
int sem_init (sem_t *sem , int pshared, unsigned int value);
参数一：指明信号量
参数二：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)
参数三：设置初始值

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：
int sem_post(sem_t *sem);

销毁信号量：
int sem_destroy(sem_t *sem);

【DEMO】

现有两个同学打扫卫生，学生A负责扫地，学生B负责拖地，很明显要扫完地之后在拖地，由此引入线程同步。

1、条件变量和互斥锁的联合利用实现

#include <stdio.h>
#include <semaphore.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

#define DEBUG_INFO(...) printf("Info: "); printf(__VA_ARGS__)

void *student_1();
void *student_2();


int num = 0;    //共享资源
pthread_mutex_t mulock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;     //互斥锁
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;         //条件变量
pthread_t stu_thread[2];        //两个学生线程
int main()
{
    int i;

    // 创建两个学生线程
    pthread_create(&stu_thread[0], NULL, student_1, NULL);
    pthread_create(&stu_thread[1], NULL, student_2, NULL);

    // 等待两个线程结束
    for(i=0; i<2; i++)
    {
        pthread_join(stu_thread[i], NULL);
    }

    // 注销操作
    pthread_mutex_destroy(&mulock);
    pthread_cond_destroy(&cond);
    return 0;
}

void *student_1()
{
    int i;
    DEBUG_INFO("student a start work .\n");

    for(i=0; i<5; i++)
    {
        DEBUG_INFO("i = %d \n", i);
        pthread_mutex_lock(&mulock);    //锁住
        num++;      //扫一次地
        if(num >= 5)
        {
            DEBUG_INFO("student a finished work .\n");
            pthread_cond_signal(&cond); //通知学生B已经扫完地了，并解锁
        }

        pthread_mutex_unlock(&mulock);
        sleep(1);
    }

    pthread_exit(NULL);
    return 0;
}
void *student_2()
{
    DEBUG_INFO("in student 2 .. \n");
    while(num < 5)      //不用if四因为需要防止莫名错误
    {
        pthread_cond_wait(&cond, &mulock);  //等待学生A扫地结束,等不到会再次一直阻塞
    }

    num = 0;    //拖地
    pthread_mutex_unlock(&mulock);
    DEBUG_INFO("student b finished work .\n");
    pthread_exit(NULL);
    return 0;
}

Makefile

运行结果

由运行结果可见，学生A先完成工作，学生B在完成工作，所以成功实现线程同步。

2、信号量实现

/****************************************************************************************
* 文件名: demo2.c
* 创建者: 
* 时 间： 
* 联 系： 
* 简 介： 
*****************************************************************************************/

#include <stdio.h>
#include <semaphore.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

#define DEBUG_INFO(...) printf("Info: "); printf(__VA_ARGS__)

int num = 0;    //共享资源
sem_t mysem; //用于同步的信号量
pthread_t stu_thread[2];        //两个学生线程

void *student_1();
void *student_2();


int main()
{
 // 初始化信号量
 sem_init(&mysem, 0, 0);

 int i;

 // 创建两个学生线程
 pthread_create(&stu_thread[0], NULL, student_1, NULL);
 pthread_create(&stu_thread[1], NULL, student_2, NULL);

 // 等待两个线程结束
 for(i=0; i<2; i++)
 {
 pthread_join(stu_thread[i], NULL);
 }

 // 注销操作
 sem_destroy(&mysem);
 return 0;
}


void *student_1()
{
 int i;
 DEBUG_INFO("student a start work .\n");

 for(i=0; i<5; i++)
 {
 DEBUG_INFO("i = %d \n", i);
 num++; //扫一次地
 if(num >= 5)
 {
 DEBUG_INFO("student a finished work .\n");
 sem_post(&mysem); //释放信号量
 }

 sleep(1);
 }

 pthread_exit(NULL);
 return 0;
}
void *student_2()
{
 DEBUG_INFO("in student 2 .. \n");
 sem_wait(&mysem); //等待信号量 
 num = 0; //拖地
 DEBUG_INFO("student b finished work .\n");
 pthread_exit(NULL);
 return 0;
}

【运行结果】

由运行结果可见，用信号量的程序运行结果与使用条件变量结果一致，所以实验成功！

end..

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【ARM&Linux】常用线程同步的三种方法

【线程同步高效率编程】

（一）、【互斥锁】：mutex

（二）、【条件变量】：cond

（三）、【无名信号量】：sem，

【DEMO】

1、条件变量和互斥锁的联合利用实现

2、信号量实现

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