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Linux线程同步---互斥量

程序员文章站 2022-05-05 10:28:56
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在日常生活中,为了避免在火车站、电影院排队购票,网上购买火车票、电影票也越来越普遍。我们首先实现一个购票系统,每当有人购买一张票的时候,总票数就会减1,而此时的“总票数”就是一个共享变量

代码实现简单的网上购票系统:

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

int ticket = 50;

void *rount(void *arg)
{
    char *id = (char*)arg;
    while(1){
        if(ticket > 0){
            usleep(1000);
            printf("%s sells ticket:%d\n", id, ticket);
            ticket--;
        }else{
            break;
        }
    }
}

int main()
{
    pthread_t tid1, tid2, tid3, tid4;

    pthread_create(&tid1, NULL, rount, "thread 1" );
    pthread_create(&tid2, NULL, rount, "thread 2" );
    pthread_create(&tid3, NULL, rount, "thread 3" );
    pthread_create(&tid4, NULL, rount, "thread 4" );

    pthread_join(tid1, NULL);
    pthread_join(tid2, NULL);
    pthread_join(tid3, NULL);
    pthread_join(tid4, NULL);

    return 0;
}

Linux线程同步---互斥量
通过输出的结果我们发现和预期不相同,原因是我们操作了多个线程的共享变量ticket,if语句条件为真时,进程可以并发执行,而usleep模拟的是售票时对总票数的操作,可能会有多个线程进程进入该代码段,对共享变量ticket的操作不是原子操作,其汇编代码有三步(将当前ticket的值加载到寄存器中,对其进程减1操作,将新值从寄存器写入ticket的内存地址)。

要解决这种问题,需要做到以下几点:
1.代码互斥,一旦代码进入临界区进行执行时,不允许其他线程进入该临界区。
2.如果多个线程同时要求执行临界区的代码,并且临界区没有线程在执行,那么只能允许一个线程进入该临界区。
3.如果线程不在临界区执行,那么该线程不能阻止其他线程进入临界区。

于是引入互斥量(mutex),实质就是一把锁。

互斥量是一种用于多线程中的同步访问方法,允许程序锁住某个对象,使得每次只能有一个线程访问。
1.初始化互斥量&销毁互斥量
Linux线程同步---互斥量
Linux线程同步---互斥量
对于静态分配的互斥量,可以将其设置为PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER,是一个宏。
对于初始化动态分配,mutex是需要初始化的互斥量,attr一般设为NULL。在申请内存之后,通过pthread_mutex_init进行初始化,并且再三释放内存前需要调用pthread_mutex_destory。

销毁互斥量
注意:
静态初始化的互斥量不需要销毁;
已经加锁的互斥量是不能销毁的;
已经销毁的互斥量,要确保后面不会有线程再尝试加锁。

2.互斥量加锁&解锁
Linux线程同步---互斥量
注意:
加锁:如果互斥量被锁住,将会导致线程阻塞。也可使用试图加锁pthread_mutex_trylock,如果互斥量已被阻塞不会导致线程阻塞,只是返回错误码。
解锁:只有加锁的线程解锁才能成功,其他线程会导致解锁失效。

我们对之前写的售票系统加以改进:

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

int ticket = 50;
pthread_mutex_t mutex;

void *rount(void *arg)
{
    char *id = (char*)arg;
    while(1){
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        if(ticket > 0){
            usleep(1000);
            printf("%s sells ticket:%d\n", id, ticket);
            ticket--;
        }else{
            pthread_mutex_unlock(&mutex);
            break;
        }
        pthread_mutex_unlock(&mutex);                                       
    }
}

int main()
{
    pthread_t tid1, tid2, tid3, tid4;
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);

    pthread_create(&tid1, NULL, rount, "thread 1" );
    pthread_create(&tid2, NULL, rount, "thread 2" );
    pthread_create(&tid3, NULL, rount, "thread 3" );
    pthread_create(&tid4, NULL, rount, "thread 4" );

    pthread_join(tid1, NULL);
    pthread_join(tid2, NULL);
    pthread_join(tid3, NULL);
    pthread_join(tid4, NULL);

    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    return 0;
}

改进后,运行结果如下:(只截取后边部分)
Linux线程同步---互斥量