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  • 线程基础--同步机制

    1.  线程基础
       概念
       1). 线程全称控制线程

       2). 多线程的优势:
          a) 比进程方便,能够共享同样的内存空间及文件描写叙述符
          b) 能够用于多个任务,而这些任务假设用单进程来实现是串行,在多线程里面因为CPU的调度能够实现穿插运行
          c) 用于交互程序。将用户输入输出与其它部分分开,优化性能

       3). 怎样知道系统是否多线程pthread(POSIX线程)
          a) #ifdef  _POSIX_THREADS
          b) sysconf(_SC_THREADS)

       4). 一个线程的数据结构
          线程ID,  一组寄存器。 栈。 调度优先级, 信号屏蔽字, errno,  私有数据
          pthread_t 被实现为结构体这样的才是可移植的
          但linux 直接这样定义了 typedef unsigned long int pthread_t;

       函数
       1). 线程id比較
            pthread_equal(pthread_t ptd1, pthread_t ptd2)
            获得线程ID pthread_self(void)

       2). 线程创建
         pthread_create(新线程的id,线程的属性。线程运行地址,函数參数)
         **** 新线程和主线程在创建后是竞争运行
         **** linux上是靠clone创建子进程来实现pthread_create, 所以同一个进程里面的线程获取到pid (进程号)可能不同(一个来自当前进程。一个来自子进程)(fedora8是同样的)

       3). 线程终止
         假设任一线程调用了exit,_Exit,_exit,那么整个进程就会终止
         a)从启动函数返回     return 
         b)被其它线程取消     pthread_cancel
         c)线程调用pthread_exit.   主线程调用时,会等待对等线程结束后再结束主线程
           
       4). 线程堵塞
         pthread_join (pthread_t aim_ptd)  堵塞当前线程一直到目标线程退出 相似于进程控制里面的 wait
         不能对分离状态(设置为。或已经是detach状态)的线程使用pthread_join, 会返回失败
         仅仅有一个线程能够对某个线程使用pthread_join

       5). 请求取消某个线程
          pthread_cancel  提出申请,并不等待

       6). 登记线程退出清理函数。相似于atexit登记函数
          pthread_cleanup_push(函数指针。參数)
          除了pthread_exit, 及响应取消请求而退出的时候运行清理函数,也能够调用pthread_cleanup_pop来运行函数。
          线程return退出是不会运行清理函数的
          pthread_cleanup_pop(int execute) execute为0就不运行清理函数。仅仅是删除该处理函数。必须大于0才调用

       7). 分离线程  pthread_detach
          pthread_t       tid;
          pthread_attr_t  attr;
          pthread_attr_init(&attr);
          pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);
          pthread_create(&tid, &attr, THREAD_FUNCTION, arg);
          能够设置线程为默认的detach,好让操作系统在线程结束的时候,回收默认的资源
     
    2.  线程同步
     
        原因: 现代计算机体系结构造成了数据不是顺序一致来实现, 还有程序里面的逻辑,不是原子操作而造成的
     
        1). 相互排斥量  本质上就是多放一块全局条件变量
          pthread_mutex_t 訪问前加锁。訪问完解锁
     
          使用步骤:
          a)创建并初始化
            静态的pthread_mutex_t 赋值常量 PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER
            动态分配的pthread_mutext_t ,须要调用pthread_mutex_init初始化, pthread_mutex_destroy释放
            通过pthread_mutex_init能够指定相互排斥量的属性,默认属性输入參数null
          b)加锁
            pthread_mutex_lock,假设已经有锁则堵塞到相互排斥变量解锁
            尝试加锁 pthread_mutex_trylock  加锁不成功会立即返回 EBUSY       
          c)訪问数据 
          d)解锁  
            pthread_mutex_unlock 解锁
     
        2). 避免相互排斥量死锁
           产生的原因: 
           1. 同一个线程对同一个相互排斥量加锁2次。线程本身会陷入死锁, 
           2. 多个相互排斥量被多个线程以相反的顺序訪问的时候
     
        3). 读写锁 又名 共享-独占锁
          类型:        读锁 写锁
          数据类型: pthread_rwlock_t
          存在条件: 写锁一次最多一个线程占领。读锁能够并行存在多个
     
          加锁条件:
          a)当前锁是写锁,全部其它新加锁都会被堵塞
          b)当前锁是读锁,假设新加锁是读锁。那么能够获得訪问权限
          c)当前锁是读锁。假设新加锁是写锁,那么该锁会被堵塞直到全部读锁解锁。

          ****注意为避免长期的读锁占领写的时间。但有写锁进来后,兴许的读锁都会被拒绝掉
          ****适合读的次数大于写的次数的情况
     
          初始化及释放:
          pthread_rwlock_init
          pthread_rwlock_destroy
     
          加锁及解锁
          pthread_rwlock_rdlock
          pthread_rwlock_wrlock
          pthread_rwlock_unlock 
     
          尝试加锁
          pthread_rwlock_tryrdlock
          pthread_rwlock_trywrlock
     
        4). 条件变量
          数据类型 pthread_cond_t
          须要和相互排斥变量一起使用,受到相互排斥变量的保护
          静态初始化 赋值常量 PTHREAD_COND_INITIALIZER
          动态初始化和释放
          pthread_cond_init pthread_cond_destroy
     
          作用:
          给多个线程提供了一个会合的场所,同意线程以无竞争的方式等待特定的条件发生
     
          pthread_cond_wait 
          目的: 是通过相互排斥量的保护,将线程增加到某个等待条件的线程队列里面去
          过程: 进入函数前,调用者将锁住的相互排斥量传给函数
                     函数内部,将线程增加到队列并解锁      //假设条件不满足此时挂起,并释放锁
                     函数返回,再次对相互排斥量加锁
          即:进入函数先检測,假设条件满足则运行。不满足则堵塞。在堵塞线程之前。pthread_cond_wait 与 pthread_cond_timedwait 先释放与条件相关的相互排斥量,同意其它线程获取相互排斥量、改变条件、释放相互排斥量并向条件变量发送信号。


          pthread_cond_timedwait
              同上,可是有个时间等待限制,时间是绝对值,即详细的时刻,数据类型 timespec
          唤醒等待条件的线程:
          pthread_cond_signal 唤醒等待某个条件的一个线程
          pthread_cond_broadcast 唤醒等待某个条件的全部线程
     
          学习条件变量使用方法的2个样例
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