线程和线程同步

gcc编译包含线程的源代码需要加上-lpthread开关。

线程的优点：需要多任务时，节省程序运行的时空间消耗。

线程的缺点：各线程之间共享数据，不安全。

一个进程中的各线程有独立的寄存器和栈，其他空间都共享，包括进程打开的文件和信号处理。

#include <pthread.h>

int pthread_create(pthread_t* restrict thread, const pthread_attr_t attr, void* startroutine(void), void* argv)

attr传入NULL表示使用默认属性。

void pthread_exit(void* retval)

终止线程。线程不能通过exit终止。如果一个线程调用了exit，整个进程将终止。

子线程默认为非分离状态，即受到主线程控制，子线程结束后不会释放资源，需要在主线程中用pthread_join(thread1, NULL)接手并释放。

同步机制

1.互斥量

类型：pthread_mutex_t

拥有加锁和未加锁两种状态。

PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER

静态创建互斥量。

用法：pthread_mutex_t mutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t * restrict mutex, const pthread_mutexattr_t * restrict attr)

动态创建互斥量。

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t * mutex)

给互斥量mutex加锁，若互斥量已经加锁，则阻塞该线程。

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t * mutex)

尝试给互斥量加锁，若不能加上，errno设置为EBUSY，并返回EBUSY；若能加上，加锁且返回0；错误返回其他值。

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t * mutex)

给互斥量解锁。成功返回0，失败返回-1。

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex)

消除互斥量。

死锁产生的原因：

1. 系统资源不足时内核态线程优先级不够，导致抢占资源失败
2. 同一线程对一个互斥量两次加锁
3. 线程A对A互斥量加锁，B对B互斥量加锁，然后A对B互斥量加锁，B对A互斥量加锁，则两个线程产生死锁

产生死锁的四个必要条件：

• 互斥条件：一个资源在同一时间只能被一个线程或进程占用。
• 请求与保持条件：线程或进程在请求被阻塞的情况下保持已拥有的资源不释放。
• 不剥夺条件：不能强行剥夺线程或进程的资源。
• 循环等待条件：若干个线程或进程头尾相接地循环等待对方释放资源。

不满足以上四个条件中的任一个，则不会发生死锁。

2.读写锁

类型：pthread_rwlock_t

有三个状态：读锁、写锁、未加锁。

加了写锁后任何线程都不能再加锁，加了读锁后任何线程都可以对它加读锁，但不能加写锁。

适合读比较频繁、写较少的情况，例如数据库。

PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER

静态创建读写锁。用法与互斥量相似。

int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t * rwlock)

加读锁，要注意判断返回值，因为加读锁的次数可能有限制，因此可能失败。

int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t * rwlock)

加写锁，无需判断返回值。

int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t * rwlock)

解锁，读锁和写锁都解开。

int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t * rwlock)

尝试加读锁。

int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t * rwlock)

尝试加写锁。

int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t * rwlock)

消除读写锁。

3.条件变量

类型：pthread_cond_t

与互斥量一起使用，在达到条件时唤醒被阻塞的线程。

PTHREAD_COND_INITIALIZER

静态创建条件变量，与互斥量相似。

int pthread_cond_init(pthread_cond_t * cond, const pthread_condattr_t * cattr)

初始化条件变量。若cattr置为NULL，则创建缺省的条件变量，否则按cattr设定属性。

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t * cond, pthread_mutex_t * mutex)

解锁给定的mutex，并使当前线程阻塞在cond上，直到被唤醒为止。

为了避免意外唤醒（假唤醒），一般将wait放在循环中，循环的终止条件就是唤醒线程的条件。

int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t * cond, pthread_mutex_t * mutex, const struct timespec * timeout)

带有等待时间的wait函数，若时间到还未被唤醒，则返回ETIMEDOUT。

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t * cond)
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond)

唤醒阻塞在这个条件变量上的线程。signal唤醒一个线程，broadcast则唤醒所有线程。

如果没有线程在等待，这两个函数的唤醒信号将不会被保留。

4.信号量

类型：sem_t

struct semid_ds{
      struct ipc-perm sem_perm; //许可权限
      time_t sem_otime; //最后一次操作时间

      time_t sem_ctime; //最后一次调用semctl时间
      unsigned long sem_nsems; //信号量个数
};

信号量计数器大于等于0时代表该信号量集中剩余的系统资源，小于0时代表等待使用该信号量集中资源的线程数。

信号量计数器的值只能通过PV操作来改变，P操作将当前进程由运行状态转为阻塞状态，V操作将一个被阻塞的进程唤醒。

PV操作是原子操作。

#include <semaphore.h>

int sem_init(sem_t *sem,int pshared,unsigned int value)

初始化信号量，pshared参数决定该信号量是否能在进程间共享，Linux系统下一般取0；value参数决定信号量计数器的初始值。

int sem_wait(sem_t *sem)

若sem计数器不大于0，则阻塞当前线程；否则使sem减一并继续执行。

事实上，这个函数试图对信号量“加锁”（信号量小于等于0视为加锁状态），如果未能成功加锁，则不会返回到调用它的线程中，直到成功加锁或者被信号解除为止。这与互斥量的加锁函数原理相同。
int sem_trywait(sem_t *sem)

类似wait，但若不能加锁会立刻返回，不阻塞线程。
int sem_post(sem_t *sem)

将sem加一，并发出信号唤醒阻塞的线程，让它们前来接受资源。
int sem_getvalue(sem_t *sem)

得到sem的值。

int sem_destroy(sem_t *sem)

消除信号量。