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线程同步的方法有哪些？Linux下实现线程同步的三种方法

　线程同步的方法有哪些？在linux下，系统提供了很多种方式来实现线程同步，其中最常用的便是互斥锁、条件变量和信号量这三种方式，可能还有很多伙伴对于这三种方法都不熟悉，下面就给大家详细介绍下。

　　Linux下实现线程同步的三种方法：

　　一、互斥锁（mutex）

　　通过锁机制实现线程间的同步。

　　1、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）；

　　2、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）；

　　3、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）；

　　4、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）；

1. 01#include <cstdio>

2. 02#include <cstdlib>

3. 03#include <unistd.h>

4. 04#include <pthread.h>

5. 05#include "iostream"

6. 06using namespace std;

7. 07pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

8. 08int tmp;

9. 09void* thread(void *arg)

10. 10{

11. 11cout << "thread id is " << pthread_self() << endl;

12. 12pthread_mutex_lock(&mutex);

13. 13tmp = 12;

14. 14cout << "Now a is " << tmp << endl;

15. 15pthread_mutex_unlock(&mutex);

16. 16return NULL;

17. 17}

18. 18int main()

19. 19{

20. 20pthread_t id;

21. 21cout << "main thread id is " << pthread_self() << endl;

22. 22tmp = 3;

23. 23cout << "In main func tmp = " << tmp << endl;

24. 24if (!pthread_create(&id, NULL, thread, NULL))

25. 25{

26. 26cout << "Create thread success!" << endl;

27. 27}

28. 28else

29. 29{

30. 30cout << "Create thread failed!" << endl;

31. 31}

32. 32pthread_join(id, NULL);

33. 33pthread_mutex_destroy(&mutex);

34. 34return 0;

35. 35}

36. 36//编译：g++ -o thread testthread.cpp -lpthread

复制代码

　　二、条件变量（cond）

　　与互斥锁不同，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。

　　1、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）；

　　2、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）；

　　4、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

　　5、清除条件变量。无线程等待，否则返回EBUSY

　　int pthread_cond_destroy（pthread_cond_t *cond）；

1. 01[cpp] view plain copy

2. 02#include <stdio.h>

3. 03#include <pthread.h>

4. 04#include "stdlib.h"

5. 05#include "unistd.h"

6. 06pthread_mutex_t mutex;

7. 07pthread_cond_t cond;

8. 08void hander(void *arg)

9. 09{

10. 10free(arg);

11. 11(void)pthread_mutex_unlock(&mutex);

12. 12}

13. 13void *thread1(void *arg)

14. 14{

15. 15pthread_cleanup_push(hander, &mutex);

16. 16while(1)

17. 17{

18. 18printf("thread1 is running\n");

19. 19pthread_mutex_lock(&mutex);

20. 20pthread_cond_wait(&cond, &mutex);

21. 21printf("thread1 applied the condition\n");

22. 22pthread_mutex_unlock(&mutex);

23. 23sleep(4);

24. 24}

25. 25pthread_cleanup_pop(0);

26. 26}

27. 27void *thread2(void *arg)

28. 28{

29. 29while(1)

30. 30{

31. 31printf("thread2 is running\n");

32. 32pthread_mutex_lock(&mutex);

33. 33pthread_cond_wait(&cond, &mutex);

34. 34printf("thread2 applied the condition\n");

35. 35pthread_mutex_unlock(&mutex);

36. 36sleep(1);

37. 37}

38. 38}

39. 39int main()

40. 40{

41. 41pthread_t thid1,thid2;

42. 42printf("condition variable study!\n");

43. 43pthread_mutex_init(&mutex, NULL);

44. 44pthread_cond_init(&cond, NULL);

45. 45pthread_create(&thid1, NULL, thread1, NULL);

46. 46pthread_create(&thid2, NULL, thread2, NULL);

47. 47sleep(1);

48. 48do

49. 49{

50. 50pthread_cond_signal(&cond);

51. 51}while(1);

52. 52sleep(20);

53. 53pthread_exit(0);

54. 54return 0;

55. 55}

复制代码

1. 01#include <pthread.h>

2. 02#include <unistd.h>

3. 03#include "stdio.h"

4. 04#include "stdlib.h"

5. 05static pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

6. 06static pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

7. 07struct node

8. 08{

9. 09int n_number;

10. 10struct node *n_next;

11. 11}*head = NULL;

12. 12static void cleanup_handler(void *arg)

13. 13{

14. 14printf("Cleanup handler of second thread./n");

15. 15free(arg);

16. 16(void)pthread_mutex_unlock(&mtx);

17. 17}

18. 18static void *thread_func(void *arg)

19. 19{

20. 20struct node *p = NULL;

21. 21pthread_cleanup_push(cleanup_handler, p);

22. 22while (1)

23. 23{

24. 24//这个mutex主要是用来保证pthread_cond_wait的并发性

25. 25pthread_mutex_lock(&mtx);

26. 26while (head == NULL)

27. 27{

28. 28//这个while要特别说明一下，单个pthread_cond_wait功能很完善，为何

29. 29//这里要有一个while (head == NULL)呢？因为pthread_cond_wait里的线

30. 30//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。

31. 31//这个时候，应该让线程继续进入pthread_cond_wait

32. 32// pthread_cond_wait会先解除之前的pthread_mutex_lock锁定的mtx，

33. 33//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

34. 34//而被唤醒，唤醒后，该进程会先锁定先pthread_mutex_lock(&mtx);，再读取资源

35. 35//用这个流程是比较清楚的

36. 36pthread_cond_wait(&cond, &mtx);

37. 37p = head;

38. 38head = head->n_next;

39. 39printf("Got %d from front of queue/n", p->n_number);

40. 40free(p);

41. 41}

42. 42pthread_mutex_unlock(&mtx); //临界区数据操作完毕，释放互斥锁

43. 43}

44. 44pthread_cleanup_pop(0);

45. 45return 0;

46. 46}

47. 47int main(void)

48. 48{

49. 49pthread_t tid;

50. 50int i;

51. 51struct node *p;

52. 52//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

53. 53//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

54. 54pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);

55. 55sleep(1);

56. 56for (i = 0; i < 10; i++)

57. 57{

58. 58p = (struct node*)malloc(sizeof(struct node));

59. 59p->n_number = i;

60. 60pthread_mutex_lock(&mtx); //需要操作head这个临界资源，先加锁，

61. 61p->n_next = head;

62. 62head = p;

63. 63pthread_cond_signal(&cond);

64. 64pthread_mutex_unlock(&mtx); //解锁

65. 65sleep(1);

66. 66}

67. 67printf("thread 1 wanna end the line.So cancel thread 2./n");

68. 68//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

69. 69//线程，而在我们的代码里，最近的取消点肯定就是pthread_cond_wait()了。

70. 70pthread_cancel(tid);

71. 71pthread_join(tid, NULL);

72. 72printf("All done -- exiting/n");

73. 73return 0;

74. 74}

复制代码

　　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。

　　1、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。

　　2、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）；

　　3、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）；

　　4、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）；

1. 01#include <stdlib.h>

2. 02#include <stdio.h>

3. 03#include <unistd.h>

4. 04#include <pthread.h>

5. 05#include <semaphore.h>

6. 06#include <errno.h>

7. 07#define return_if_fail(p) if((p) == 0){printf ("[%s]:func error!/n", __func__);return;}

8. 08typedef struct _PrivInfo

9. 09{

10. 10sem_t s1;

11. 11sem_t s2;

12. 12time_t end_time;

13. 13}PrivInfo;

14. 14static void info_init (PrivInfo* thiz);

15. 15static void info_destroy (PrivInfo* thiz);

16. 16static void* pthread_func_1 (PrivInfo* thiz);

17. 17static void* pthread_func_2 (PrivInfo* thiz);

18. 18int main (int argc, char** argv)

19. 19{

20. 20pthread_t pt_1 = 0;

21. 21pthread_t pt_2 = 0;

22. 22int ret = 0;

23. 23PrivInfo* thiz = NULL;

24. 24thiz = (PrivInfo* )malloc (sizeof (PrivInfo));

25. 25if (thiz == NULL)

26. 26{

27. 27printf ("[%s]: Failed to malloc priv./n");

28. 28return -1;

29. 29}

30. 30info_init (thiz);

31. 31ret = pthread_create (&pt_1, NULL, (void*)pthread_func_1, thiz);

32. 32if (ret != 0)

33. 33{

34. 34perror ("pthread_1_create:");

35. 35}

36. 36ret = pthread_create (&pt_2, NULL, (void*)pthread_func_2, thiz);

37. 37if (ret != 0)

38. 38{

39. 39perror ("pthread_2_create:");

40. 40}

41. 41pthread_join (pt_1, NULL);

42. 42pthread_join (pt_2, NULL);

43. 43info_destroy (thiz);

44. 44return 0;

45. 45}

46. 46static void info_init (PrivInfo* thiz)

47. 47{

48. 48return_if_fail (thiz != NULL);

49. 49thiz->end_time = time(NULL) + 10;

50. 50sem_init (&thiz->s1, 0, 1);

51. 51sem_init (&thiz->s2, 0, 0);

52. 52return;

53. 53}

54. 54static void info_destroy (PrivInfo* thiz)

55. 55{

56. 56return_if_fail (thiz != NULL);

57. 57sem_destroy (&thiz->s1);

58. 58sem_destroy (&thiz->s2);

59. 59free (thiz);

60. 60thiz = NULL;

61. 61return;

62. 62}

63. 63static void* pthread_func_1 (PrivInfo* thiz)

64. 64{

65. 65return_if_fail(thiz != NULL);

66. 66while (time(NULL) < thiz->end_time)

67. 67{

68. 68sem_wait (&thiz->s2);

69. 69printf ("pthread1: pthread1 get the lock./n");

70. 70sem_post (&thiz->s1);

71. 71printf ("pthread1: pthread1 unlock/n");

72. 72sleep (1);

73. 73}

74. 74return;

75. 75}

76. 76static void* pthread_func_2 (PrivInfo* thiz)

77. 77{

78. 78return_if_fail (thiz != NULL);

79. 79while (time (NULL) < thiz->end_time)

80. 80{

81. 81sem_wait (&thiz->s1);

82. 82printf ("pthread2: pthread2 get the unlock./n");

83. 83sem_post (&thiz->s2);

84. 84printf ("pthread2: pthread2 unlock./n");

85. 85sleep (1);

86. 86}

87. 87return;

88. 88}

复制代码

　　以上便是Linux下实现线程同步常用的三种方法，大家都知道，线程的最大的亮点便是资源共享性，而资源共享中的线程同步问题却是一大难点，希望小编的归纳能够对大家有所帮助！