linux线程学习（3）

线程的同步

1. 互斥量

1. 为什么要使用互斥量：
   当多个线程共享相同的内存时，需要每一个线程看到相同的视图。当一个线程修改变量时，而其他线程也可以读取或者修改这个变量，就需要对这些线程同步，确保他们不会访问到无效的变量
2. 互斥锁的初始化和销毁：
   为了让线程访问数据不产生冲突，这要就需要对变量加锁，使得同一时刻只有一个线程可以访问变量。互斥量本质就是锁，访问共享资源前对互斥量加锁，访问完成后解锁。当互斥量加锁以后，其他所有需要访问该互斥量的线程都将阻塞。当互斥量解锁以后，所有因为这个互斥量阻塞的线程都将变为就绪态，第一个获得cpu的线程会获得互斥量，变为运行态，而其他线程会继续变为阻塞，在这种方式下访问互斥量每次只有一个线程能向前执行
3. 加锁和解锁：
   加锁

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);     //成功返回0，失败返回错误码。如果互斥量已经被锁住，那么会导致该线程阻塞int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);    //成功返回0，失败返回错误码。如果互斥量已经被锁住，不会导致线程阻塞

解锁

 int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);    //成功返回0，失败返回错误码。如果一个互斥量没有被锁住，那么解锁就会出错

例子：创建两个线程，在线程中进行对全局变量for循环自加，观察有互斥锁和没有互斥锁的全局变量的结果

无互斥锁：

#include <pthread.h>#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <stdlib.h>#include <errno.h>//定义一全局变量int val;void *thread_fun(void *arg){        int i;        for(i=0;i<10000;i++)        {            val++;        }    return(void *)0;}int main(){    pthread_t tid;    //创造新线程,这里创建两个新线程    pthread_create(&tid, NULL, thread_fun, NULL);    pthread_create(&tid, NULL, thread_fun, NULL);    //等待新线程运行结束    pthread_join(tid, NULL);    printf("val=%d\n",val);//打印经过两次for循环后的val值，本应该是20000，但实际不是    return 0;}

运行结果不为20000

有互斥锁：

#include <pthread.h>#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <stdlib.h>#include <errno.h>//定义两个全局变量int val;pthread_mutex_t mutex;//这个为互斥量void *thread_fun(void *arg){        int i;        //加锁，防止其他线程进行加锁，防止产生错乱        pthread_mutex_lock(&mutex);        for(i=0;i<10000;i++)        {            val++;        }        //一次循环完成，打印结果一次        printf("一次循环完成，打印结果一次val=%d\n",val );        pthread_mutex_unlock(&mutex);//解锁    return(void *)0;}int main(){    pthread_t tid;    int err;    //对互斥量进行初始化，只有初始化过到互斥量才能使用    err = pthread_mutex_init(&mutex, NULL);    if(err != 0)    {        printf("init mutex failed\n");        return;    }    //创造新线程,这里创建两个新线程    pthread_create(&tid, NULL, thread_fun, NULL);    pthread_create(&tid, NULL, thread_fun, NULL);    //等待新线程运行结束    pthread_join(tid, NULL);    printf("最后得到的值val=%d\n",val);//打印经过两次for循环后的val值    return 0;}

运行结果：

2. 读写锁

• 什么是读写锁，它与互斥锁的区别：

  • 读写锁与互斥量类似，不过读写锁有更高的并行性。互斥量要么加锁要么不加锁，而且同一时刻只允许一个线程对其加锁。对于一个变量的读取，完全可以让多个线程同时进行操作
  • pthread_rwlock_t rwlock
    读写锁有三种状态，读模式下加锁，写模式下加锁，不加锁。一次只有一个线程可以占有写模式下的读写锁，但是多个线程可以同时占有读模式的读写锁
  • 读写锁在写加锁状态时，在它被解锁之前，所有试图对这个锁加锁的线程都会阻塞（无论是读加锁还是写加锁）。读写锁在读加锁状态时，所有试图以读模式对其加锁的线程都会获得访问权，但是如果线程希望以写模式对其加锁，它必须阻塞直到所有的线程释放锁。
  • 当读写锁读模式加锁时，如果有线程试图以写模式对其加锁，那么读写锁会阻塞随后的读模式锁请求。这样可以避免读锁长期占用，而写锁达不到请求。
  • 读写锁非常适合对数据结构读次数大于写次数的程序，当它以读模式锁住时，是以共享的方式锁住的；当它以写模式锁住时，是以独占的模式锁住的。
    例子：创建两个线程，分为以下三种情况：①线程一读加锁，线程二写加锁。②线程一读加锁，线程二读加锁。

情况①

#include <pthread.h>#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <stdlib.h>#include <errno.h>pthread_rwlock_t rwlock;//定义一个读写锁int num=0;void *thread_fun1(void *arg){    int err;    pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);//读模式下加锁    printf("thread 1 is begin\n");    sleep(3);    printf("thread 1 over\n");    pthread_rwlock_unlock(&rwlock);    return (void *)1;}void *thread_fun2(void *arg){    int err;    pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);//写模式下加锁    printf("thread 2 is begin\n");    sleep(3);    printf("thread 2 is over\n");    pthread_rwlock_unlock(&rwlock);    return (void *)1;}int main(){    pthread_t tid1, tid2;    int err;    err = pthread_rwlock_init(&rwlock, NULL);//初始化读写锁    if(err)    {        printf("init rwlock failed\n");        return ;    }    err = pthread_create(&tid1, NULL, thread_fun1, NULL);//创建新线程1    if(err)    {        printf("create new thread 1 failed\n");        return ;    }    err = pthread_create(&tid2, NULL, thread_fun2, NULL);//创建新线程2    if(err)    {        printf("create new thread 2 failed\n");        return ;    }    pthread_join(tid1, NULL);//连接线程，等待线程运行结束    pthread_join(tid2, NULL);    pthread_rwlock_destroy(&rwlock);//销毁读写锁    return 0;}

运行结果：

第一次运行：读写锁在读加锁状态时，另外线程写模式对其加锁，它必须阻塞到读加锁线程释放锁。第二次运行：读写锁在写加锁状态时，在它被解锁之前，所有试图对这个锁加锁（无论是读加锁还是写加锁）的线程都会阻塞。

情况②：将线程二的启动函数代码改为：

void *thread_fun2(void *arg){    int err;    pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);//读模式下加锁    printf("thread 2 is begin\n");    sleep(3);    printf("thread 2 is over\n");    pthread_rwlock_unlock(&rwlock);    return (void *)1;}

运行结果：

读写锁在读加锁状态时，所有试图以读模式对其加锁的线程都会获得访问权