线程同步

线程同步

• 互斥锁mutex

锁类型	初始化方式	加解锁特征	调度特征
普通锁 PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP	PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER	同一线程可重复加锁，解锁一次释放锁	先等待锁的进程先获得锁
嵌套锁 PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE_NP	PTHREAD_RECURSIVE_MUTEX_INITIALIZER_NP	同一线程可重复加锁，解锁同样次数才可释放锁	先等待锁的进程先获得锁
纠错锁 PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK_NP	PTHREAD_ERRORCHECK_MUTEX_INITIALIZER_NP	同一线程不能重复加锁，加上的锁只能由本线程解锁	先等待锁的进程先获得锁
自适应锁 PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP	PTHREAD_ADAPTIVE_MUTEX_INITIALIZER_NP	同一线程可重加锁，解锁一次生效	所有等待锁的线程自由竞争

#include <pthread.h>
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, pthread_mutexattr_t *restrict attr);
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

如果mutex变量是静态分配的（全局变量或static变量），也可以用宏定义PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER来初始化，相当与用pthread_mutex_init()初始化并且设置attr为NULL。

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

trylock失败，返回EBUSY。

#include <pthread.h>
#include <time.h>
int pthread_mutex_timedlock(pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct timespec *restrict abstime);

超时指定愿意等待的绝对时间(与相对时间对比而言，指定在时间X之前可以阻塞等待，而不是说愿意阻塞Y秒)。这个超时时间是用timespec结构来表示，它用秒和纳秒来描述时间。

为了实现互斥操作，大多数体系结构都提供了swap或exchange指令，该指令的作用是把寄存器和内存单元的数据相交换，由于只有一条指令，保证了原子性。即使是多处理器平台，访问内存的总线周期也有先后，一个处理器上的交换指令执行时，另外一个处理器的交换指令只能等待总线周期。

    pthread_mutex_lock(&m);
    while(a <= 0)
        TODO
    pthread_mutex_unlock(&m);

while多执行一次，检测a是否大于0。多线程执行时，一线程响应后a=0；其余线程执行a<=0时阻塞。

上述code在一直执行如下操作：获取锁----条件不满足----释放锁----获取锁----条件不满足----释放锁......，因此引入条件变量。

• 条件变量condition variable

线程间的同步还有这样一种情况：线程A需要等某个条件成立才能继续往下执行，现在这个条件不成立，线程A就阻塞等待，而线程B在执行过程中使这个条件成立了，就唤醒线程A继续执行。

在pthread库中通过条件变量（ Condition Variable） 来阻塞等待一个条件，或者唤醒等待这个条件的线程。 Condition Variable用pthread_cond_t类型的变量表示。

#include<pthread.h>
int pthread_cond_destory(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr);
pthread_cond_t cond=PTHREAD_COND_INITIALIZER;

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);
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);//唤醒所有线程
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond); //唤醒一个线程

一个条件变量总是和一个mutex搭配使用。

pthread_cond_wait()在一个condtion variable上阻塞等待，这个函数做以下三步：

1. 释放mutex；
2. 阻塞等待； 1，2合成原子操作。
3. 当被唤醒时，重新获得mutex并返回（原子性的）。

    pthread_mutex_lock(&m);
    while(a <= 0)
        TODO
    pthread_mutex_unlock(&m);

while多执行一次，检测a是否大于0。多线程执行时，一线程响应后a=0；其余线程执行a<=0时阻塞。

上述code在一直执行如下操作：获取锁----条件不满足----释放锁----获取锁----条件不满足----释放锁......，可引入条件变量。

    pthread_mutex_lock(&m);
    while(a <= 0)
        pthread_cond_wait(&c, &m);
    pthread_mutex_unlock(&m);

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• 信号量semaphore

见信号量博文。

• 其他线程见同步机制 只要有一个线程可以改写数据，就必须考虑线程见同步问题，引入了读者写者锁（Reader-Writer Lock）。