4.7、线程间的同步互斥

线程操作优点：由于由全局变量（共用），可以在各个线程间访问相同空间，线程之间的通信比较方便

线程操作的缺点：线程间的同行需要采用同步互斥机制（线程操作随机执行，导致通信空间值的不确定性）

线程通信：采用同步互斥方式实现线程间的通信
一、同步：多个任务按照一定的先后顺序，协调工作，去执行一件事情（程序的相应代码）

用信号量（一个值）去实现同步；
由信号量去控制线程是阻塞还是继续执行

信号量：代表着一种资源数目，这个值最小为0
信号量：
1、申请资源//p操作（让线程往下执行）信号量-1
2、释放资源//v操作（通过信号量添加一个资源，提供线程往下执行的功能）信号量+1

p操作:
if(信号量-1){
	线程往下执行
}
else{
	等待申请资源
}
v操作：
释放一个资源：信号量+1
{
	唤醒一个等待资源的线程让它继续执行
}

2、互斥：某个线程（地方）执行时，其他任何地方都不能执行，当前只有一个地方能够执行

通常情况用在资源竞争中，也是特殊的信号量
互斥锁的方式去实现

线程同步

• 信号量的初始化

int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
/****************************************************************
参数：1、指定设置的信号量是哪个（传入信号量的地址）
     2、设置信号量在进程间操作还是线程间操作：设置为0表示线程间操作，非0表示进程间操作
     3、设置信号量的初始值
返回值：成功返回0，失败返回-1
****************************************************************/

• 申请资源//p操作

int sem_wait(sem_t *sem);
/****************************************************************
参数：指定要操作哪个信号量执行申请资源（-1）
返回值：成功返回0，失败返回-1
****************************************************************/

• 释放资源//v操作

int sem_post(sem_t *sem);
/****************************************************************
参数：指定要操作哪个信号量执行释放资源（+1）
返回值：成功返回0，失败返回-1
****************************************************************/

线程互斥

• 初始化互斥锁

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t  *mutexattr);
/****************************************************************
参数：1、设置互斥锁的变量（容器），通过传变量的地址
          2、设置互斥锁属性（通常设置为NULL表示默认方式）
返回值：返回值只有0
****************************************************************/

• 加锁（阻塞）

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
/****************************************************************
参数：指定要操作的互斥锁是哪个

返回值：成功返回0失败返回非0
****************************************************************/

• 以非阻塞形式加锁（当执行加锁操作时，如果没有加锁成功，直接返回）

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
/****************************************************************
参数：指定要操作的互斥锁是哪个

返回值：成功返回0失败返回非0
****************************************************************/

• 解锁

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
/****************************************************************
参数：指定要操作的互斥锁是哪个

返回值：成功返回0失败返回非0
****************************************************************/

• 销毁锁，让互斥锁变量不再代表锁

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
/****************************************************************
参数：指定要操作的互斥锁是哪个

返回值：成功返回0失败返回非0
****************************************************************/

• 池类算法

sched_yield()：//出让调度器

在临界区中，为了不造成死锁，多注意临界区中的跳转（break、continue、goto、函数调用）语句和死循环语句

简单实例

/*****************************************************************
*   Copyright (C) 2019 Sangfor Ltd. All rights reserved.
*   
*   文件名称：thread_file.c
*   创 建 者：yinfei-hu
*   创建日期：2019-03-09   22:28:59
*   功能描述：文件：内容 1
*   20线程-》打开文件-》读数据-》往数据上+1，再写回去-》关闭-》退出
*
*****************************************************************/

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

#define THREADNUM 20
#define BUFSIZE 10

static int num = 0;

static pthread_mutex_t mut;
    
void *thread_fcun(void *arg){
    FILE *fp;
    char buf[BUFSIZE];
    
    fp = fopen("./hello.txt","r+");
    
    if(NULL == fp){
        perror("fopen()");
        pthread_exit(NULL);;
    }
    
    pthread_mutex_lock(&mut);//申请锁
    
    fgets(buf,BUFSIZE,fp);//读
    
    int num = atoi(buf);//转换

    num ++;//加1
    
    fseek(fp,0,SEEK_SET);//偏移
    
    fprintf(fp,"%d",num);//写
    
    fflush(fp);
    
    pthread_mutex_unlock(&mut);//解锁
    
    fclose(fp);
    
    pthread_exit(NULL);
}

int main(){
    int i,err;
    pthread_t tid[THREADNUM];

    pthread_mutex_init(&mut,NULL);//创建锁
    
    for(int i = 0;i < THREADNUM;i++){
        err = pthread_create(tid + i,NULL,thread_fcun,NULL);
        if(err){
            fprintf(stderr,"pthread_create():%s\n",strerror(err));
            exit(1);
        }
    }

    for(int i = 0;i < THREADNUM;i++){
        pthread_join(tid[i],NULL);
    }
    
    pthread_mutex_destroy(&mut);
    exit(0);
}

条件变量：pthread_cond_t

• 初始化条件变量

 pthread_cond_init(条件变量指针，属性)
//初始化条件变量
//属性：NULL为默认属性
//使用宏初始化：pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

• 销毁条件变量

ptherad_cond_destroy(条件变量指针)

• 解锁等待通知，被唤醒后再申请锁

pthread_cond_wait(条件变量指针，互斥量指针)

• 解锁等待指定时间，如果在指定时间内都没有收到唤醒通知，自动醒来申请锁，此时函数立马返回ETIMEDOUT

pthread_cond_timedwait(条件变量指针，互斥量指针，超时时间)
设置超时2秒的方式：

struct timespec ts;
ts.tv_sec = time(0) + 2; //获取当前系统时间+2
ts.tv_nsec = 0;          //此处设置纳秒为0
pthread_cond_timedwait(&cond,&mut,&ts);

• 唤醒所有的等待线程

pthread_cond_broadcast(条件变量指针)

• 唤醒任意一个等待的线程

pthread_cond_signal(条件变量指针)