你真的懂執行緒同步麼？
前言：學程序時，學習的重點應該程序間通訊，而學習執行緒時，重點就應該是執行緒同步了。想過為什麼？fork建立子程序之後，子程序有自己的獨立地址空間和PCB，想和父程序或其它程序通訊，就需要各種通訊方式，例如無名管道（管道，我習慣這麼叫無名管道）、有名管道（命名管道）、訊號、訊息佇列、訊號量、共享記憶體等；而pthread_create建立子執行緒之後，子執行緒沒有獨立的地址空間，大部分資料都是共享的，如果同時訪問資料，就是造成混亂，所以要控制，就是執行緒同步了。
一、同步概念
為什麼要特意說一下同步概念呢？因為它跟其他領域的“同步”有些差異。
所謂同步，即同時起步，協調一致。不同的物件，對“同步”的理解方式略有不同。如，裝置同步，是指在兩個裝置之間規定一個共同的時間參考；資料庫同步，是指讓兩個或多個數據庫內容保持一致，或者按需要部分保持一致；檔案同步，是指讓兩個或多個資料夾裡的檔案保持一致。等等
而，程式設計中、通訊中所說的同步與生活中大家印象中的同步概念略有差異。“同”字應是指協同、協助、互相配合。主旨在協同步調，按預定的 先後次序執行 。
二、執行緒同步方式
這篇部落格主要介紹四種方式，如下：
| 方式 | 通用標識 |
| 互斥鎖（互斥量） | pthread_mutex_ |
| 讀寫鎖 | pthread_rwlock_ |
| 條件變數 | pthread_cond_ |
| 訊號量 | sem_ |
表中的“通用標識”，指的是那種同步方式的函式、型別都那麼開頭的，方便記憶；還有其他方式，自旋鎖、遮蔽，感覺不常用，有興趣可以閱讀APUE。
三、互斥鎖（互斥量）
1、介紹
先來畫個圖，來簡單說明一下：PS：依舊是全部落格園最醜圖，不接受反駁！
Linux中提供一把互斥鎖mutex（也稱之為互斥量）。
每個執行緒在對資源操作前都嘗試先加鎖，成功加鎖才能操作，操作結束解鎖。
資源還是共享的，執行緒間也還是競爭的，
但通過“鎖”就將資源的訪問變成互斥操作，而後與時間有關的錯誤也不會再產生了。
2、主要函式
pthread_mutex_init函式//初始化mutex,預設為1
pthread_mutex_destroy函式 //銷燬鎖
pthread_mutex_lock函式 //加鎖，加鎖不成功，一直阻塞在那等待
pthread_mutex_trylock函式 //嘗試加鎖，加鎖不成功，直接返回
pthread_mutex_unlock函式 //解鎖
以上5個函式的返回值都是：成功返回0， 失敗返回錯誤號。
pthread_mutex_t 型別，其本質是一個結構體。為簡化理解，應用時可忽略其實現細節，簡單當成整數看待。
變數mutex只有兩種取值1、0。
- pthread_mutex_init函式
初始化一個互斥鎖(互斥量) ---> 初值可看作1
原型：int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t * restrict mutex, const pthread_mutexattr_t * restrict attr);
參1：傳出引數，呼叫時應傳 &mutex
這個restrict關鍵字可能第一次遇到，說明一下：只用於限制指標，告訴編譯器，所有修改該指標指向記憶體中內容的操作，只能通過本指標完成。不能通過除本指標以外的其他變數或指標修改
參2：互斥量屬性。是一個傳入引數，通常傳NULL，選用預設屬性(執行緒間共享)。互斥鎖也可以用於程序間同步，需要修改屬性為程序間共享。 參APUE.12.4同步屬性
- 靜態初始化：如果互斥鎖 mutex 是靜態分配的（定義在全域性，或加了static關鍵字修飾），可以直接使用巨集進行初始化。e.g. pthead_mutex_t muetx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
- 動態初始化：區域性變數應採用動態初始化。e.g. pthread_mutex_init(&mutex, NULL)
其他函式就不解釋了，相對比較簡單。
示例程式，主要對標準輸出進行加鎖，使主執行緒列印大寫“HELLO WORLD”，子執行緒列印小寫“hello world”，程式如下：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
pthread_mutex_t mutex;
void err_thread(int ret, char *str)
{
if (ret != 0) {
fprintf(stderr, "%s:%s\n", str, strerror(ret));
pthread_exit(NULL);
}
}
void *tfn(void *arg)
{
srand(time(NULL));
while (1) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
printf("hello ");
sleep(rand() % 3);/*模擬長時間操作共享資源，導致cpu易主，產生與時間有關的錯誤*/
printf("world\n");
pthread_mutex_unlock(&mutex);
sleep(rand() % 3);
}
return NULL;
}
int main(void)
{
int flag = 5;
pthread_t tid;
srand(time(NULL));
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
pthread_create(&tid, NULL, tfn, NULL);
while (flag--) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
printf("HELLO ");
sleep(rand() % 3);
printf("WORLD\n");
pthread_mutex_unlock(&mutex);
sleep(rand() % 3);
}
pthread_cancel(tid);//將子執行緒殺死,子執行緒中自帶取消點
pthread_join(tid, NULL);
pthread_mutex_destroy(&mutex);
return 0;//main中的return可以將整個程序退出
}
View Code
編譯時也要記得鏈上-pthread。
四、讀寫鎖
1、特性
（1）讀寫鎖是“寫模式加鎖”時， 解鎖前，所有對該鎖加鎖的執行緒都會被阻塞。
（2）讀寫鎖是“讀模式加鎖”時， 如果執行緒以讀模式對其加鎖會成功；如果執行緒以寫模式加鎖會阻塞。
（3）讀寫鎖是“讀模式加鎖”時， 既有試圖以寫模式加鎖的執行緒，也有試圖以讀模式加鎖的執行緒。那麼讀寫鎖會阻塞隨後的讀模式鎖請求。優先滿足寫模式鎖。 讀鎖、寫鎖並行阻塞，寫鎖優先順序高
讀寫鎖也叫共享-獨佔鎖。當讀寫鎖以讀模式鎖住時，它是以共享模式鎖住的；當它以寫模式鎖住時，它是以獨佔模式鎖住的。 寫獨佔、讀共享。
讀寫鎖非常適合於對資料結構讀的次數遠大於寫的情況。
敲重點了，記住12個字： 寫獨佔、讀共享；寫鎖優先順序高。
2、主要函式
pthread_rwlock_init函式 //初始化
pthread_rwlock_destroy函式 //銷燬鎖
pthread_rwlock_rdlock函式 //讀加鎖,阻塞
pthread_rwlock_wrlock函式 //寫解鎖，阻塞
pthread_rwlock_tryrdlock函式 //嘗試讀解鎖
pthread_rwlock_trywrlock函式 //嘗試寫加鎖
pthread_rwlock_unlock函式 //解鎖
以上7 個函式的返回值都是：成功返回0， 失敗直接返回錯誤號。
pthread_rwlock_t型別 用於定義一個讀寫鎖變數。
pthread_rwlock_t rwlock;
這些參考互斥鎖的函式，進行對比學習，只是多了讀鎖和寫鎖，就不過多解釋了。
例項程式，3個執行緒“寫”全域性變數，5個全域性變數“讀”全域性變數，程式如下：
/* 3個執行緒不定時 "寫" 全域性資源，5個執行緒不定時 "讀" 同一全域性資源 */
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
int counter;//全域性資源
pthread_rwlock_t rwlock;
void *th_write(void *arg)
{
int t;
int i = (int)arg;
while (1) {
t = counter;
usleep(1000);
pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
printf("=======write %d: %lu: counter=%d ++counter=%d\n", i, pthread_self(), t, ++counter);
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
usleep(5000);
}
return NULL;
}
void *th_read(void *arg)
{
int i = (int)arg;
while (1) {
pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
printf("----------------------------read %d: %lu: %d\n", i, pthread_self(), counter);
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
usleep(900);
}
return NULL;
}
int main(void)
{
int i;
pthread_t tid[8];
pthread_rwlock_init(&rwlock, NULL);
for (i = 0; i < 3; i++)
pthread_create(&tid[i], NULL, th_write, (void *)i);
for (i = 0; i < 5; i++)
pthread_create(&tid[i+3], NULL, th_read, (void *)i);
for (i = 0; i < 8; i++)
pthread_join(tid[i], NULL);
pthread_rwlock_destroy(&rwlock);//釋放讀寫瑣
return 0;
}
View Code
另兩種方式，還有條件變數和訊號量，條件變數比較難理解，篇幅比較多，所以會另寫一篇部落格來寫，敬請期待哦！