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0807 IO线程的同步互斥

news 2025/8/8 15:25:06

Part 1.梳理思维导图

一.同步互斥的概念

由于线程之间的数据是共享的，导致多线程访问数据时，线程的光标位置难以确定，故引入同步互斥。
临界资源：多线程访问的资源
互斥：同一时间只能一个线程访问
同步：互斥的基础上，保证了顺序

2.解决同步互斥的方法

1.互斥锁
2.信号量
3.条件变量

二.互斥锁

1.理论

将每个临界资源上锁，让线程上锁成功后只能一个线程访问资源，其他线程会阻塞。
解决问题：一个生产者对应一个消费者

2.pthread_mutex_init

a.功能

初始化互斥锁

b.原型

pthread_mutex_t fastmutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;（宏定义方式）
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *mutexattr);
参数：
pthread_mutex_t *mutex：互斥锁的指针
const pthread_mutexattr_t *mutexattr：互斥锁的类型（默认为NULL）

c.例子

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;//宏定义

d.man手册

man pthread_mutex_init

3.pthread_mutex_lock

a.功能

上锁，如果已经被其他线程锁上了，进入阻塞态等待其他线程解锁后再上锁

b.原型

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
参数：
pthread_mutex_t *mutex：互斥锁的指针

c.例子

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
void *callback1(void *arg)
{		while(1){pthread_mutex_lock(&mutex);//上锁a += 20;printf("a = %d\n",a);}pthread_exit(NULL);
}

d.man手册

man pthread_mutex_lock

4.pthread_mutex_unlock

a.功能

解锁

b.原型

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
参数
pthread_mutex_t *mutex：互斥锁的指针

c.例子

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
void *callback1(void *arg)
{		while(1){pthread_mutex_lock(&mutex);a += 20;printf("a = %d\n",a);pthread_mutex_unlock(&mutex);//解锁}pthread_exit(NULL);
}

d.man手册

man pthread_mutex_unlock

5.pthread_mutex_destroy

a.功能

销毁锁

b.原型

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
参数：
pthread_mutex_t *mutex：互斥锁的指针

c.例子

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
void *callback1(void *arg)
{		while(1){pthread_mutex_lock(&mutex);a += 20;printf("a = %d\n",a);pthread_mutex_unlock(&mutex);//解锁}pthread_exit(NULL);
}
int main(int argc, const char *argv[])
{pthread_t thread1;if(0 != pthread_create(&thread1,NULL,callback1,NULL)){printf("thread1 pthread_create error\n");return -1;}pthread_join(thread1,NULL);	pthread_mutex_destroy(&mutex);//销毁锁return 0;
}

d.man手册

man pthread_mutex_destroy

6.pthread_mutex_trylock

a.功能

尝试上锁，但是有其他上锁了，不会阻塞线程

b.原型

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
参数：
pthread_mutex_t *mutex：互斥锁的指针

c.man手册

man pthread_mutex_trylock

三.信号灯

1.理论

对每一个需要访问临界资源的线程都做一个需要申请的操作
P操作：申请信号值 +1
V操作：释放信号值-1
解决问题：一个生产者对应少量消费者

2.sem_init

a.功能

初始化信号量

b.原型

int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
参数：
sem_t *sem：信号量指针
int pshared：信号量参数：0表示线程共享非0表示进程共享
unsigned int value：信号量初始化

c.例子

int main(int argc, const char *argv[])
{sem_t sem;//创建信号量semsem_init(&sem,0,4);//初始化sem
}

d.man手册

man sem_init

3.sem_wait（p操作）

a.功能

信号量大于0，则信号量-1，并允许线程就行访问
信号量等于0，则信号量不变，不允许线程就行访问

b.原型

int sem_wait(sem_t *sem);
参数：
sem_t *sem：信号量指针

c.例子

void *callback1(void *arg)
{		while(1){sem_wait(&sem);	//p操作printf("生产\n");sleep(1);}		pthread_exit(NULL);
}

d.man手册

man sem_wait

4.sem_post（v操作）

a.功能

信号量+1，表示线程访问资源结束

b.原型

int sem_post(sem_t *sem);
参数：
sem_t *sem：信号量指针

c.例子

void *callback1(void *arg)
{		while(1){sem_wait(&sem);	printf("生产\n");sleep(1);sem_post(&sem);}		pthread_exit(NULL);
}

d.man手册

man sem_post

5.sem_destroy

a.功能

销毁信号量

b.原型

int sem_destroy(sem_t *sem);
参数：
sem_t *sem：信号量指针

c.例子

#include<myhead.h>sem_t sem;void *callback1(void *arg)
{		while(1){sem_wait(&sem);	printf("生产\n");sleep(1);sem_post(&sem);}		pthread_exit(NULL);
}
int main(int argc, const char *argv[])
{pthread_t thread1;sem_init(&sem,0,1);if(0 != pthread_create(&thread1,NULL,callback1,NULL)){printf("thread1 pthread_create error\n");return -1;}pthread_join(thread1,NULL);	sem_destroy(&sem);//销毁信号值return 0;
}

d.man手册

man sem_destroy

6.sem_getvalue

a.功能

获取信号量的值

b.原型

int sem_getvalue(sem_t *sem, int *sval);
参数：
sem_t *sem：信号量指针
int *sval：信号值指针储存的值

c.man手册

man sem_getvalue

四.条件变量

1.理论

设置一个休眠状态，将不访问临界资源的线程休眠，设置一个唤醒条件，当该进程需要访问临界资源时，需要被其他线程唤醒
解决问题：一个生产者对应大量的消费者

2.pthread_cond_init

a.功能

初始化条件变量

b.原型

pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;（宏定义实现）
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr);
pthread_cond_t *cond：条件变量指针
pthread_condattr_t *cond_attr：条件变量属性（默认为NULL）

c.例子

pthread_cong_t cond;//定义条件变量
int main(int argc, const char *argv[])
{pthread_cond_init(&cond,NULL);//初始化
}

d.man手册

man pthread_cond_init

3.pthread_cond_destroy

a.功能

销毁条件变量

b.原型

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
参数：
pthread_cond_t *cond：条件变量指针

c.例子

pthread_cong_t cond;//定义条件变量
int main(int argc, const char *argv[])
{pthread_cond_init(&cond,NULL);pthread_cond_destroy(&cond);//销毁
}

d.man手册

man pthread_cond_destroy

4.pthread_cond_wait

a.功能

将已经被上锁的线程解锁，并让其进入休眠，待被唤醒

b.原型

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex_t *mutex);
原型：
pthread_cond_t *cond：条件变量指针
pthread_mutex_t *mutex：互斥锁指针

c.例子

pthread_cong_t cond;//定义条件变量
pthread_mutex_t mutex;//定义互斥锁
void *callback1(void *arg)
{		while(1){pthread_cond_wait(&cond,&mutex);//解锁休眠printf("生产\n");sleep(1);}		pthread_exit(NULL);
}int main(int argc, const char *argv[])
{pthread_cond_init(&cond,NULL);//初始化if(0 != pthread_create(&thread1,NULL,callback1,NULL)){printf("thread1 pthread_create error\n");return -1;}pthread_join(callback1,NULL);pthread_cond_destroy(&cond);//销毁
}

d.man手册

man pthread_cond_wait

5.pthread_cond_wait

a.功能

唤醒休眠队列的第一个线程（休眠队列，按照wait的顺序进入，先进先出）

b.原型

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
原型：
pthread_cond_t *cond：条件变量指针

c.例子

pthread_cong_t cond;//定义条件变量
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;//定义并初始化互斥锁
void *callback1(void *arg)
{		while(1){sleep(1);printf("生产\n");pthread_cond_signal(&cond);}		pthread_exit(NULL);
}
void *callback2(void *arg)
{	while(1){pthread_mutex_lock(&mutex);//上锁pthread_cond_wait(&cond,&mutex);//解锁休眠printf("%ld:消费\n",pthread_self());pthread_mutex_unlock(&mutex);//解锁}		pthread_exit(NULL);
}int main(int argc, const char *argv[])
{pthread_cond_init(&cond,NULL);//初始化if(0 != pthread_create(&thread1,NULL,callback1,NULL)){printf("thread1 pthread_create error\n");return -1;}pthread_t thread2[5];for(int i = 0; i < 5; i++){if(0 != pthread_create(&thread2[i],NULL,callback2,NULL)){printf("thread2 pthread_create error\n");return -1;}	}pthread_join(thread1,NULL);for(int i = 0; i < 5; i++){pthread_join(thread2[i],NULL);}pthread_cond_destroy(&cond);//销毁条件变量pthread_mutex_destroy(&mutex);//销毁锁return 0;
}