为什么需要线程同步2.

线程的主要优势在于资源的共享性但是多个线程并发访问共享数据所导致的数据不一致问题。

**线程同步是为了对共享资源的访问进行保护。

保护的目的是为了解决数据一致性的问题。

**只有当多个线程都可以修改或获取这个变量的时候就需要进行同步。

出现数据一致性问题其本质在于进程中的多个线程对共享资源的并发访问。

线程同步就是同一时间只允许一个线程访问该变量防止出现并发访问。

下面介绍的就是

Linux

在访问共享资源之前对互斥锁进行上锁访问完后进行解锁。

上锁后其他线程就不允许访问这一部分共享资源。

如果解锁时有一个以上的线程阻塞那么这些被阻塞的线程就会被唤醒都会尝试对互斥锁进行加锁加锁成功后其他线程进行阻塞等待。

互斥锁用

mutexPTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;这种方法只适用在定义的时候初始化对于其他情况就不行譬如先定义然后再进行初始化或者在堆中动态分配的互斥锁。

2.1.2

pthread_mutex_init(pthread_mutex_t

*mutex,const

pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t

*mutex);

pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t

*mutex);进行上锁时如果处于未上锁状态就调用成功函数立即返回如果互斥锁已经被锁定那么函数会阻塞直到该互斥锁解锁然后锁定并返回。

进行解锁时不能对未处于锁定状态的互斥锁进行解锁也不能解锁其它线程锁定的互斥锁。

如果有多个线程处于阻塞状态等待被解锁当互斥锁被当前锁定它的线程解锁后这些等待的线程都能够进行上锁但是无法确定具体是哪一个线程。

2.3

如果在互斥锁被锁时不希望线程被阻塞可以使用该函数。

该函数尝试对互斥锁进行加锁如果互斥锁处于未锁状态那么函数会上锁并立马返回。

如果已经被锁就会加锁失败但不会被阻塞而是返回错误码

EBUSY

pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t

*mutex);2.4

pthread_destroy(pthread_mutex_t

*mutex);注意不能销毁还没有解锁的互斥锁也不能销毁还未初始化的互斥锁。

销毁后就不能再进行上锁或解锁要重新进行初始化才能够使用

2.5

如果一个线程试图对同一个互斥锁加锁两次该线程就会陷入死锁状态一直被阻塞永远出不来除此之外还有其它很多种方式也能产生死锁。

譬如程序中使用一个以上的互斥锁如果允许一个线程一直占有第一个互斥锁并且在试图锁住第二个互斥锁时处于阻塞状态但是拥有第二个互斥锁的线程也在试图锁住第一个互斥锁。

因为两个线程都在相互请求另一个线程拥有的资源所以这两个线程都无法向前运行会被一直阻塞于是就产生了死锁。

2.6

pthread_mutexattr_destroy(pthread_mutexattr_t

*attr);

pthread_mutexattr_init(pthread_mutexattr_t

标准的互斥锁类型不做任何的错误检查或死锁检测。

如果线程试图对已经由自己锁定的互斥锁再次进行加锁则发生死锁互斥锁处于未锁定状态或者已由其它线程锁定对其解锁会导致不确定性。

PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK:

会提供错误检查。

。

譬如这三种情况都会导致返回错误线程试图对已经由自己锁定的互斥锁再次进行加锁同一线程对同一互斥锁加锁两次返回错误线程对由其它线程锁定的互斥锁进行解锁返回错误线程对处于未锁定状态的互斥锁进行解锁返回错误。

这类互斥锁运行起来比较慢因为它需要做错误检查不过可将其作为调试工具以发现程序哪里违反了互斥锁使用的基本原则。

PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE

此类互斥锁允许同一线程在互斥锁解锁之前对该互斥锁进行多次加锁然后维护互斥锁加锁的次数把这种互斥锁称为递归互斥锁但是如果解锁次数不等于加速次数则是不会释放锁的所以如果对一个递归互斥锁加锁两次然后解锁一次那么这个互斥锁依然处于锁定状态对它再次进行解锁之前不会释放该锁。

PTHREAD_MUTEX_DEFAULT

者调用参数

函数所创建的互斥锁都属于此类型。

此类锁意在为互斥锁的实现保留最大灵活性

#include

pthread_mutexattr_gettype(const

pthread_mutexattr_t

pthread_mutexattr_settype(pthread_mutexattr_t

*attr,

条件变量用于自动阻塞线程直到某个特定事件发生或某个条件满足为止。

通常情况下条件变量和互斥锁一起搭配使用的使用条件变量主要包括两个动作一个线程等待某个条件满足而被阻塞另一个线程中条件满足时发出信息。

也就是常说的生产消费模型。

条件变量通常搭配互斥锁来使用是因为条件的检测是在互斥锁的保护下进行的也就是说条件本身是由互斥锁保护的线程在改变条件状态之前必须首先锁住互斥锁不然就会引发线程不安全问题。

3.1

pthread_cond_destroy(pthread_cond_t

*cond);

pthread_cond_init(pthread_cond_t

*cond,const

对已经初始化的条件变量再进行初始化将可能导致未定义行为对没有进行初始化的条件变量进行销毁也可能导致未定义行为对某个条件变量而言仅当没有任何线程等待它时将其销毁才是最安全的

3.2

条件变量的主要操作就是发送信号和等待。

发送信号操作即是通知一个或多个处于等待状态的线程某个共享变量的状态已经改变这些处于等待状态的线程收到通知后便会被唤醒唤醒之后再检查条件是否满足。

等待操作是指在收到一个通知之前一直处于阻塞状态。

#include

pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t

*cond);

pthread_cond_signal(pthread_cond_t

*cond);

pthread_cond_wait(pthread_cond_t

*mutex);前两个函数都是向指定的条件变量发送信号第一个是唤醒所有线程第二个只需要至少有一个线程被唤醒。

等待函数是一个阻塞式函数当判断程序中条件变量不满足时调用该函数将线程设置为阻塞状态。

在函数内部会对

mutex

进行操作在调用函数时会把互斥锁传递给函数函数会自动把调用线程放到等待条件的线程列表上然后将互斥锁解锁当该函数返回时会再次锁住互斥锁。

就算是唤醒全部线程互斥锁也只能被一个线程锁住其它线程进入阻塞状态。

3.3

if因为当函数返回时并不能确定条件的成立与否要立即重新检查判断条件如果条件不满足就继续休眠等待。

因为如果有多个线程在等待条件变量任何线程都有可能率先醒来获取互斥锁就可能会对条件变量进行修改改变判断条件的状态

自旋锁

如果在获取自旋锁时处于未锁定状态就立即获得锁如果已经上锁就在原地自旋直到该自旋锁的持有者释放了锁。

由此可知自旋锁一直占用

CPU如果不能短时间内获得锁就会使

自旋锁在用户态中使用的比较少通常使用在内核代码中。

因为自旋锁可以在中断服务函数中使用而互斥锁不行在执行中断服务函数时要求不能休眠不能被抢占内核中使用自旋锁会自动禁止抢占一旦休眠意味着执行中断服务函数时主动交出了

CPU

pthread_spin_destroy(pthread_spinlock_t

*lock);

pthread_spin_init(pthread_spinlock_t

*lock,

表示自旋锁的进程共享属性PTHREAD_PROCESS_SHARED

共享自旋锁可以在多个进程中的线程之间共享PTHREAD_PROCESS_PRIVATE

4.2

pthread_spin_lock(pthread_spinlock_t

*lock);

pthread_spin_trylock(pthread_spinlock_t

*lock);

pthread_spin_unlock(pthread_spinlock_t

*lock);5.

读写锁有三种状态读加锁、写加锁和不加锁状态一次只有一个线程可以占有写模式的读写锁但是可以有多个线程同时占有读模式的读写锁。

当读写锁处于写加锁状态时在这个锁被解锁之前所有试图对这个锁进行加锁操作的线程都会被阻塞

处于读加锁状态时所有试图以读模式对它进行加锁的线程都可以加锁成功但是以写模式的线程会被阻塞直到所有持有读模式的线程释放它们的锁为止。

5.1

pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t

*rwlock);

pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t

*rwlock,

pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t

*rwlock);

pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t

*rwlock);

pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t

*rwlock);int

pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t

*rwlock);

pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t

pthread_rwlock_wrlock()函数均会获取锁失败从而陷入阻塞等待状态当读写锁处于读模式加锁状态时其它线程调用

pthread_rwlock_wrlock()函数则不能获取到锁从而陷入阻塞等待状态。

来尝试加锁如果不可以获取锁时。

这两个函数都会立马返回错误错误码为

5.3

pthread_rwlockattr_destroy(pthread_rwlockattr_t

*attr);

pthread_rwlockattr_init(pthread_rwlockattr_t

*attr);

pthread_rwlockattr_getpshared(const

pthread_rwlockattr_t

pthread_rwlockattr_setpshared(pthread_rwlockattr_t

*attr,

共享读写锁。

该读写锁可以在多个进程中的线程之间共享PTHREAD_PROCESS_PRIVATE

私有读写锁。

只有本进程内的线程才能够使用该读写锁这是读写锁共享属性的默认值。

线程安全

进程中创建的每个线程都有自己的栈地址空间将其称为线程栈。

每个线程运行过程中所定义的局部变量都是分配在自己的线程栈中不会互相干扰。

6.2

可重入函数就是被同一个进程的多个不同执行流并行调用并且每次调用都能产生正确的结果就叫做可重入函数。

6.3

一个函数被多个线程其实也是多个执行流但是不包括由信号处理函数所产生的执行流

同时调用

也就是说可重入函数一定是线程安全函数但线程安全函数不一定是可重入函数。

6.4

(*init_routine)(void));保证init_routine函数只执行一次但是不能保证在哪个线程中执行是由内核调度决定的。

在调用

PTHREAD_ONCE_INITpthread_once()

如果在一个线程调用

也称为线程私有数据就是为每个调用线程分别维护一份变量的副本每个线程通过特有数据键key访问时这个特有数据键都会获取到本线程绑定的变量副本这样就可以避免变量成为多个线程间的共享数据。

6.5.1

pthread_key_create(pthread_key_t

*key,

(*destructor)(void*));在为线程分配私有数据区之前需要调用该函数创建一个特有数据键并且只需要在首个调用的线程中创建一次即可。

通过

key

是一个自定义析构函数通常用于释放与特有数据键关联的线程私有数据区占用的内存空间当使用线程特有数据的线程终止时析构函数会自动调用。

6.5.2

pthread_setspecific(pthread_key_t

key,

*value);创建特有数据键之后需要为调用线程分配私有数据缓冲区每个调用线程分配一次且只会在线程初次调用此函数时分配。

首先保存指向线程私有数据缓冲区的指针并将其与特有数据键以及当前调用线程关联起来。

value

就是一块由调用者分配的内存作为线程的私有数据缓冲区当线程终止时会自动调用参数

key

指定的特有数据键对应的析构函数来释放这一块动态申请的内存空间。

6.5.3

*pthread_getspecific(pthread_key_t

key);可以用来获取调用线程的私有数据区。

返回值是一个指针指向这一块缓冲区。

如果没有进行关联返回值为

NULL所以如果是初次调用该函数则必须为该线程分配私有数据缓冲区。

6.5.4

pthread_key_delete(pthread_key_t

key);删除特有数据键但是不会检查当前是否有线程正在使用该键所关联的线程私有数据缓冲区所以不会触发析构函数也就不会释放资源。

所以调用该函数前要保证所有线程已经释放了私有数据区显示调用析构函数或线程终止key

6.6

修饰变量此时每个线程都会拥有一份对该变量的拷贝线程局部存储中的变量将一直存在直到线程终止届时会自动释放这一存储。

比如static

__thread