Linux C多线程编程之互斥锁与条件变量实例详解
一、互斥锁
互斥量从本质上说就是一把锁, 提供对共享资源的保护访问。
1. 初始化:
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:
对于静态分配的互斥量, 可以把它设置为pthread_mutex_initializer, 或者调用pthread_mutex_init.
对于动态分配的互斥量, 在申请内存(malloc)之后, 通过pthread_mutex_init进行初始化, 并且在释放内存(free)前需要调用pthread_mutex_destroy.
原型:
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrictmutex, const pthread_mutexattr_t *restric attr);
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
头文件:
返回值: 成功则返回0, 出错则返回错误编号.
说明:如果使用默认的属性初始化互斥量, 只需把attr设为null.其他值在以后讲解。
2. 互斥操作:
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. 在完成了对共享资源的访问后, 要对互斥量进行解锁。
首先说一下加锁函数:
头文件:
原型:
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
返回值: 成功则返回0, 出错则返回错误编号.
说明: 具体说一下trylock函数, 这个函数是非阻塞调用模式, 也就是说, 如果互斥量没被锁住, trylock函数将把互斥量加锁, 并获得对共享资源的访问权限; 如果互斥量被锁住了, trylock函数将不会阻塞等待而直接返回ebusy, 表示共享资源处于忙状态。
再说一下解所函数:
头文件:
原型:
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
返回值: 成功则返回0, 出错则返回错误编号.
3. 死锁:
死锁主要发生在有多个依赖锁存在时, 会在一个线程试图以与另一个线程相反顺序锁住互斥量时发生. 如何避免死锁是使用互斥量应该格外注意的东西。
总体来讲, 有几个不成文的基本原则:
对共享资源操作前一定要获得锁。
完成操作以后一定要释放锁。
尽量短时间地占用锁。
如果有多锁, 如获得顺序是abc连环扣, 释放顺序也应该是abc。
线程错误返回时应该释放它所获得的锁。
下面给个测试小程序进一步了解互斥，mutex互斥信号量锁住的不是一个变量，而是阻塞住一段程序。如果对一个mutex变量testlock, 执行了第一次pthread_mutex_lock(testlock)之后，在unlock(testlock)之前的这段时间内，如果有其他线程也执行到了pthread_mutex_lock(testlock)，这个线程就会阻塞住，直到之前的线程unlock之后才能执行，由此，实现同步，也就达到保护临界区资源的目的。
#
include#includestatic pthread_mutex_t testlock;pthread_t test_thread;void *test(){pthread_mutex_lock(&testlock);printf(thread test() \n);pthread_mutex_unlock(&testlock);}int main(){pthread_mutex_init(&testlock, null);pthread_mutex_lock(&testlock);printf(main lock \n);pthread_create(&test_thread, null, test, null);sleep(1); //更加明显的观察到是否执行了创建线程的互斥锁printf(main unlock \n);pthread_mutex_unlock(&testlock);sleep(1);
pthread_join(test_thread,null);pthread_mutex_destroy(&testlock);return 0;}makegcc -d_reentrant -lpthread -o test test.c
结果：
main lockmain unlockthread test()
二、条件变量
这里主要说说pthread_cond_wait()的用法，在下面有说明。
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）。为了防止竞争，条件变量的使用总是和一个互斥锁结合在一起。1． 创建和注销条件变量和互斥锁一样，都有静态动态两种创建方式，静态方式使用pthread_cond_initializer常量，如下：
pthread_cond_t cond=pthread_cond_initializer
动态方式调用pthread_cond_init()函数，api定义如下：
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr)
尽管posix标准中为条件变量定义了属性，但在linuxthreads中没有实现，因此cond_attr值通常为null，且被忽略。注销一个条件变量需要调用pthread_cond_destroy()，只有在没有线程在该条件变量上等待的时候才能注销这个条件变量，否则返回ebusy。因为linux实现的条件变量没有分配什么资源，所以注销动作只包括检查是否有等待线程。api定义如下：int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond)2． 等待和激发
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex)int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex, const struct timespec *abstime)
等待条件有两种方式：无条件等待pthread_cond_wait()和计时等待pthread_cond_timedwait()，其中计时等待方式如果在给定时刻前条件没有满足，则返回etimeout，结束等待，其中abstime以与time()系统调用相同意义的绝对时间形式出现，0表示格林尼治时间1970年1月1日0时0分0秒。无论哪种等待方式，都必须和一个互斥锁配合，以防止多个线程同时请求pthread_cond_wait()（或pthread_cond_timedwait()，下同）的竞争条件（race condition）。mutex互斥锁必须是普通锁（pthread_mutex_timed_np）或者适应锁（pthread_mutex_adaptive_np），且在调用pthread_cond_wait()前必须由本线程加锁（pthread_mutex_lock()），而在更新条件等待队列以前，mutex保持锁定状态，并在线程挂起进入等待前解锁。在条件满足从而离开pthread_cond_wait()之前，mutex将被重新加锁，以与进入pthread_cond_wait()前的加锁动作对应。执行pthread_cond_wait()时自动解锁互斥量(如同执行了 pthread_unlock_mutex)，并等待条件变量触发。这时线程挂起，不占用 cpu 时间，直到条件变量被触发。
因此，全过程可以描述为：
（1）pthread_mutex_lock()上锁，
（2）pthread_cond_wait()等待，等待过程分解为为：解锁--条件满足--加锁
（3）pthread_mutex_unlock()解锁。
激发条件有两种形式，pthread_cond_signal()激活一个等待该条件的线程，存在多个等待线程时按入队顺序激活其中一个；而pthread_cond_broadcast()则激活所有等待线程。 两者 如果没有等待的线程，则什么也不做。
下面一位童鞋问的问题解释了上面的说明：
当pthread_cond_t调用pthread_cond_wait进入等待状态时,pthread_mutex_t互斥信号无效了.
示例代码如下:
//多线程同步--条件锁(相当与windows的事件)测试
//要先让pthread_cond_wait进入等待信号状态,才能调用pthread_cond_signal发送信号,才有效.
//不能让pthread_cond_signal在pthread_cond_wait前面执行
#include
#include //多线程所用头文件
#include //信号量使用头文件
pthread_cond_t g_cond /*=pthread_mutex_initializer*/; //申明条锁,并用宏进行初始化
pthread_mutex_t g_mutex ;
//线程执行函数
void threadfun1(void)
{
int i;
pthread_mutex_lock(&g_mutex); //1
pthread_cond_wait(&g_cond,&g_mutex); //如g_cond无信号,则阻塞
for( i = 0;i unlock-->wait() return-->lock*/
#include #include #include #include #include #include #include #define min(a,b) ((a) (b) ? (a) : (b))#define maxnitems 1000000#define maxnthreads 100int nitems; /* read-only by producer and consumer */struct {pthread_mutex_t mutex;int buff[maxnitems];int nput;int nval;} shared = { pthread_mutex_initializer };void *produce(void *), *consume(void *);/* include main */intmain(intargc, char **argv){int i, nthreads, count[maxnthreads];pthread_t tid_produce[maxnthreads], tid_consume;if (argc!= 3) {printf(usage: prodcons3 \n);return -1;}nitems = min(atoi(argv[1]), maxnitems);nthreads = min(atoi(argv[2]), maxnthreads);/* 4create all producers and one consumer */for (i = 0; i < nthreads; i++) {count[i] = 0;pthread_create(&tid_produce[i], null, produce, &count[i]);}pthread_create(&tid_consume, null, consume, null);/* 4wait for all producers and the consumer */for (i = 0; i = nitems) {pthread_mutex_unlock(&shared.mutex);return(null); /* array is full, we're done */}shared.buff[shared.nput] = shared.nval;shared.nput++;shared.nval++;pthread_mutex_unlock(&shared.mutex);*((int *) arg) += 1;}}/* include consume */voidconsume_wait(int i){for ( ; ; ) {pthread_mutex_lock(&shared.mutex);if (i < shared.nput) {pthread_mutex_unlock(&shared.mutex);return; /* an item is ready */}pthread_mutex_unlock(&shared.mutex);}}void *consume(void *arg){int i;for (i = 0; i < nitems; i++) {consume_wait(i);if (shared.buff[i] != i)printf(buff[%d] = %d\n, i, shared.buff[i]);}return(null);}
苹果花费10亿美元收购英特尔的基带业务
魅族15系列新品,全新的Flyme 7将会一同亮相
三雄极光2021年首盏公益灯点亮求学梦
市场预期NAND闪存供求紧张致SSD价格持续上扬
国家统计局发布了2020年9月工业机器人统计数据
Linux C多线程编程之互斥锁与条件变量实例详解
电磁波是如何产生的_电磁波由什么组成_电磁波对人体的危害
伺服的控制方式及注意事项
华为Mate9国行版：居然有哑光和陶瓷镀膜两个版本
人工智能+显示技术，中国彩电行业的新时代发展
浅谈电线电缆产品的命名原则
冰释前嫌?高通退款苹果10亿美元!
来自MIT媒体实验室的极富创意的未来科技盘点
两个路由器如何实现无缝连接
高效便捷的标记利器：20W光纤激光打标机的神奇之处
英特尔10nm Ice Lake服务器处理器跑分曝光 单核心3427多核心27926
OpenHarmony硬件支持
关于iPhone7/7 Plus的性能分析和应用详解
一文浅析汽车EDR解决方案
模型编辑器中的PCB SI IOCell编辑器有什么用
互斥量从本质上说就是一把锁, 提供对共享资源的保护访问。
1. 初始化:
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:
对于静态分配的互斥量, 可以把它设置为pthread_mutex_initializer, 或者调用pthread_mutex_init.
对于动态分配的互斥量, 在申请内存(malloc)之后, 通过pthread_mutex_init进行初始化, 并且在释放内存(free)前需要调用pthread_mutex_destroy.
原型:
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrictmutex, const pthread_mutexattr_t *restric attr);
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
头文件:
返回值: 成功则返回0, 出错则返回错误编号.
说明:如果使用默认的属性初始化互斥量, 只需把attr设为null.其他值在以后讲解。
2. 互斥操作:
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. 在完成了对共享资源的访问后, 要对互斥量进行解锁。
首先说一下加锁函数:
头文件:
原型:
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
返回值: 成功则返回0, 出错则返回错误编号.
说明: 具体说一下trylock函数, 这个函数是非阻塞调用模式, 也就是说, 如果互斥量没被锁住, trylock函数将把互斥量加锁, 并获得对共享资源的访问权限; 如果互斥量被锁住了, trylock函数将不会阻塞等待而直接返回ebusy, 表示共享资源处于忙状态。
再说一下解所函数:
头文件:
原型:
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
返回值: 成功则返回0, 出错则返回错误编号.
3. 死锁:
死锁主要发生在有多个依赖锁存在时, 会在一个线程试图以与另一个线程相反顺序锁住互斥量时发生. 如何避免死锁是使用互斥量应该格外注意的东西。
总体来讲, 有几个不成文的基本原则:
对共享资源操作前一定要获得锁。
完成操作以后一定要释放锁。
尽量短时间地占用锁。
如果有多锁, 如获得顺序是abc连环扣, 释放顺序也应该是abc。
线程错误返回时应该释放它所获得的锁。
下面给个测试小程序进一步了解互斥，mutex互斥信号量锁住的不是一个变量，而是阻塞住一段程序。如果对一个mutex变量testlock, 执行了第一次pthread_mutex_lock(testlock)之后，在unlock(testlock)之前的这段时间内，如果有其他线程也执行到了pthread_mutex_lock(testlock)，这个线程就会阻塞住，直到之前的线程unlock之后才能执行，由此，实现同步，也就达到保护临界区资源的目的。
#
include#includestatic pthread_mutex_t testlock;pthread_t test_thread;void *test(){pthread_mutex_lock(&testlock);printf(thread test() \n);pthread_mutex_unlock(&testlock);}int main(){pthread_mutex_init(&testlock, null);pthread_mutex_lock(&testlock);printf(main lock \n);pthread_create(&test_thread, null, test, null);sleep(1); //更加明显的观察到是否执行了创建线程的互斥锁printf(main unlock \n);pthread_mutex_unlock(&testlock);sleep(1);
pthread_join(test_thread,null);pthread_mutex_destroy(&testlock);return 0;}makegcc -d_reentrant -lpthread -o test test.c
结果：
main lockmain unlockthread test()
二、条件变量
这里主要说说pthread_cond_wait()的用法，在下面有说明。
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）。为了防止竞争，条件变量的使用总是和一个互斥锁结合在一起。1． 创建和注销条件变量和互斥锁一样，都有静态动态两种创建方式，静态方式使用pthread_cond_initializer常量，如下：
pthread_cond_t cond=pthread_cond_initializer
动态方式调用pthread_cond_init()函数，api定义如下：
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr)
尽管posix标准中为条件变量定义了属性，但在linuxthreads中没有实现，因此cond_attr值通常为null，且被忽略。注销一个条件变量需要调用pthread_cond_destroy()，只有在没有线程在该条件变量上等待的时候才能注销这个条件变量，否则返回ebusy。因为linux实现的条件变量没有分配什么资源，所以注销动作只包括检查是否有等待线程。api定义如下：int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond)2． 等待和激发
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex)int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex, const struct timespec *abstime)
等待条件有两种方式：无条件等待pthread_cond_wait()和计时等待pthread_cond_timedwait()，其中计时等待方式如果在给定时刻前条件没有满足，则返回etimeout，结束等待，其中abstime以与time()系统调用相同意义的绝对时间形式出现，0表示格林尼治时间1970年1月1日0时0分0秒。无论哪种等待方式，都必须和一个互斥锁配合，以防止多个线程同时请求pthread_cond_wait()（或pthread_cond_timedwait()，下同）的竞争条件（race condition）。mutex互斥锁必须是普通锁（pthread_mutex_timed_np）或者适应锁（pthread_mutex_adaptive_np），且在调用pthread_cond_wait()前必须由本线程加锁（pthread_mutex_lock()），而在更新条件等待队列以前，mutex保持锁定状态，并在线程挂起进入等待前解锁。在条件满足从而离开pthread_cond_wait()之前，mutex将被重新加锁，以与进入pthread_cond_wait()前的加锁动作对应。执行pthread_cond_wait()时自动解锁互斥量(如同执行了 pthread_unlock_mutex)，并等待条件变量触发。这时线程挂起，不占用 cpu 时间，直到条件变量被触发。
因此，全过程可以描述为：
（1）pthread_mutex_lock()上锁，
（2）pthread_cond_wait()等待，等待过程分解为为：解锁--条件满足--加锁
（3）pthread_mutex_unlock()解锁。
激发条件有两种形式，pthread_cond_signal()激活一个等待该条件的线程，存在多个等待线程时按入队顺序激活其中一个；而pthread_cond_broadcast()则激活所有等待线程。 两者 如果没有等待的线程，则什么也不做。
下面一位童鞋问的问题解释了上面的说明：
当pthread_cond_t调用pthread_cond_wait进入等待状态时,pthread_mutex_t互斥信号无效了.
示例代码如下:
//多线程同步--条件锁(相当与windows的事件)测试
//要先让pthread_cond_wait进入等待信号状态,才能调用pthread_cond_signal发送信号,才有效.
//不能让pthread_cond_signal在pthread_cond_wait前面执行
#include
#include //多线程所用头文件
#include //信号量使用头文件
pthread_cond_t g_cond /*=pthread_mutex_initializer*/; //申明条锁,并用宏进行初始化
pthread_mutex_t g_mutex ;
//线程执行函数
void threadfun1(void)
{
int i;
pthread_mutex_lock(&g_mutex); //1
pthread_cond_wait(&g_cond,&g_mutex); //如g_cond无信号,则阻塞
for( i = 0;i unlock-->wait() return-->lock*/
#include #include #include #include #include #include #include #define min(a,b) ((a) (b) ? (a) : (b))#define maxnitems 1000000#define maxnthreads 100int nitems; /* read-only by producer and consumer */struct {pthread_mutex_t mutex;int buff[maxnitems];int nput;int nval;} shared = { pthread_mutex_initializer };void *produce(void *), *consume(void *);/* include main */intmain(intargc, char **argv){int i, nthreads, count[maxnthreads];pthread_t tid_produce[maxnthreads], tid_consume;if (argc!= 3) {printf(usage: prodcons3 \n);return -1;}nitems = min(atoi(argv[1]), maxnitems);nthreads = min(atoi(argv[2]), maxnthreads);/* 4create all producers and one consumer */for (i = 0; i < nthreads; i++) {count[i] = 0;pthread_create(&tid_produce[i], null, produce, &count[i]);}pthread_create(&tid_consume, null, consume, null);/* 4wait for all producers and the consumer */for (i = 0; i = nitems) {pthread_mutex_unlock(&shared.mutex);return(null); /* array is full, we're done */}shared.buff[shared.nput] = shared.nval;shared.nput++;shared.nval++;pthread_mutex_unlock(&shared.mutex);*((int *) arg) += 1;}}/* include consume */voidconsume_wait(int i){for ( ; ; ) {pthread_mutex_lock(&shared.mutex);if (i < shared.nput) {pthread_mutex_unlock(&shared.mutex);return; /* an item is ready */}pthread_mutex_unlock(&shared.mutex);}}void *consume(void *arg){int i;for (i = 0; i < nitems; i++) {consume_wait(i);if (shared.buff[i] != i)printf(buff[%d] = %d\n, i, shared.buff[i]);}return(null);}
苹果花费10亿美元收购英特尔的基带业务
魅族15系列新品,全新的Flyme 7将会一同亮相
三雄极光2021年首盏公益灯点亮求学梦
市场预期NAND闪存供求紧张致SSD价格持续上扬
国家统计局发布了2020年9月工业机器人统计数据
Linux C多线程编程之互斥锁与条件变量实例详解
电磁波是如何产生的_电磁波由什么组成_电磁波对人体的危害
伺服的控制方式及注意事项
华为Mate9国行版：居然有哑光和陶瓷镀膜两个版本
人工智能+显示技术，中国彩电行业的新时代发展
浅谈电线电缆产品的命名原则
冰释前嫌?高通退款苹果10亿美元!
来自MIT媒体实验室的极富创意的未来科技盘点
两个路由器如何实现无缝连接
高效便捷的标记利器：20W光纤激光打标机的神奇之处
英特尔10nm Ice Lake服务器处理器跑分曝光 单核心3427多核心27926
OpenHarmony硬件支持
关于iPhone7/7 Plus的性能分析和应用详解
一文浅析汽车EDR解决方案
模型编辑器中的PCB SI IOCell编辑器有什么用