C++详解多线程中的线程同步与互斥量
时间：2022-07-30 10:56:29 | 栏目：C代码 | 点击：次
线程同步
/*
使用多线程实现买票的案例。
有3个窗口，一共是100张票。
*/
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
// 全局变量，所有的线程都共享这一份资源。
int tickets = 100;
void * sellticket(void * arg) {
// 卖票
while(tickets > 0) {
usleep(6000); //微秒
printf("%ld 正在卖第 %d 张门票\n", pthread_self(), tickets);
tickets--;
}
return NULL;
}
int main() {
// 创建3个子线程
pthread_t tid1, tid2, tid3;
pthread_create(&tid1, NULL, sellticket, NULL);
pthread_create(&tid2, NULL, sellticket, NULL);
pthread_create(&tid3, NULL, sellticket, NULL);
// 回收子线程的资源,默认阻塞状态
pthread_join(tid1, NULL);
pthread_join(tid2, NULL);
pthread_join(tid3, NULL);
// 设置线程分离。
// pthread_detach(tid1);
// pthread_detach(tid2);
// pthread_detach(tid3);
pthread_exit(NULL); // 退出主线程
return 0;
}
运行结果：
产生的问题：
- 每一张票都卖了好几次；
- 卖了第0张票和-1张票，都是不对的；
三个线程抢cpu资源。
原因： 休眠的时间，3个进程都进去执行了程序；多个进程对共享资源同时处理，就会产生线程同步问题。
线程的主要优势： 通过全局变量来共享信息。不过，这种便捷的共享是有代价的:必须确保多个线程不会同时修改同一变量，或者某一线程不会读取正在由其他线程修改的变量。
临界区：指访问某一共享资源的代码片段，并且这段代码的执行应为原子操作，也就是同时访问同一共享资源的其他线程不应终端该片段的执行。
线程同步： 即当有一个线程在对内存进行操作时，其他线程都不可以对这个内存地址进行操作，直到该线程完成操作，其他线程才能对该内存地址进行操作，而其他线程则处于等待状态。
线程同步会降低线程并发的效率，这是必须的。
互斥量
为避免线程更新共享变量时出现问题，可以使用互斥量(mutex）来确保同时仅有一个线程可以访问某项共享资源。可以使用互斥量来保证对任意共享资源的原子访问。
互斥量有两种状态：已锁定(locked)和未锁定(unlocked)。
任何时候，至多只有一个线程可以锁定该互斥量。试图对已经锁定的某一互斥量再次加锁，将可能阻塞线程或者报错失败，具体取决于加锁时使用的方法。
一旦线程锁定互斥量，随即成为该互斥量的所有者，只有所有者才能给互斥量解锁。
一般情况下，对每一共享资源（可能由多个相关变量组成）会使用不同的互斥量，每一线程在访问同一资源时将采用如下协议:
- 针对共享资源锁定互斥量
- 访问共享资源
- 对互斥量解锁
加锁是在临界区对共享数据操作；
如果多个线程试图执行这一块代码（一个临界区)，事实上只有一个线程能够持有该互斥量(其他线程将遭到阻塞)，即同时只有一个线程能够进入这段代码区域，如下图所示：
/*
互斥量的类型 pthread_mutex_t
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);
- 初始化互斥量
- 参数 ：
- mutex ： 需要初始化的互斥量变量
- attr ： 互斥量相关的属性，NULL
- restrict : C语言的修饰符，被修饰的指针，不能由另外的一个指针进行操作。
pthread_mutex_t *restrict mutex = xxx;
pthread_mutex_t * mutex1 = mutex; --不能这样操作，有restrict关键词
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
- 释放互斥量的资源
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
- 加锁，阻塞的，如果有一个线程加锁了，那么其他的线程只能阻塞等待
- 成功返回 0
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
- 尝试加锁，如果加锁失败，不会阻塞，会直接返回。
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
- 解锁
*/
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
// 全局变量，所有的线程都共享这一份资源。
int tickets = 1000;
// 创建一个互斥量 --在全局区创建
pthread_mutex_t mutex;
void * sellticket(void * arg) {
// 卖票
while(1) {
// 加锁
pthread_mutex_lock(&mutex);
if(tickets > 0) {
usleep(6000);
printf("%ld 正在卖第 %d 张门票\n", pthread_self(), tickets);
tickets--;
}else {
// 解锁
pthread_mutex_unlock(&mutex);
break;
}
// 解锁
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
return NULL;
}
int main() {
// 初始化互斥量
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
// 创建3个子线程
pthread_t tid1, tid2, tid3;
pthread_create(&tid1, NULL, sellticket, NULL);
pthread_create(&tid2, NULL, sellticket, NULL);
pthread_create(&tid3, NULL, sellticket, NULL);
// 回收子线程的资源,阻塞
pthread_join(tid1, NULL);
pthread_join(tid2, NULL);
pthread_join(tid3, NULL);
pthread_exit(NULL); // 退出主线程
// 释放互斥量资源
pthread_mutex_destroy(&mutex);
return 0;
}