《Linux从练气到飞升》No.28 Linux中的线程同步

🕺作者： 主页

我的专栏
C语言从0到1
探秘C++
数据结构从0到1
探秘Linux
菜鸟刷题集

😘欢迎关注：👍点赞🙌收藏✍️留言

🏇码字不易，你的👍点赞🙌收藏❤️关注对我真的很重要，有问题可在评论区提出，感谢阅读！！！

文章目录

    • 前言
    • 1 相关概念
      • 1.1 条件变量
      • 1.2 同步概念与竞态条件
      • 1.3 条件变量函数
    • 2 实际应用（见见猪跑
      • 2.1 模拟加锁未加条件变量（小迷给小芒煮饭且只有一个碗
      • 2.2 模拟加锁且加上条件变量
      • 2.3 模拟加锁且加条件变量（小迷给多个人做饭 只有一个碗
    • 3 条件变量关于等待接口的几个问题
      • 3.1 条件变量对的等待接口参数为什么需要互斥锁？
      • 3.2 pthread_cond_wait函数的实现原理
      • 3.3 线程等待的时候，被唤醒之后需要做什么事？

前言

当谈到多线程编程时，线程同步是一个至关重要的话题。在多线程环境中，我们需要确保不同线程之间的数据访问和操作能够正确、有序地进行，以避免出现竞争条件和数据不一致的情况。因此，线程同步成为了保障多线程程序正确性和可靠性的重要手段。

在本篇博客中，我将深入探讨线程同步的概念、原理和常用的同步机制，帮助读者更好地理解多线程编程中的挑战和解决方案。无论是初学者还是有一定经验的开发人员，都可以通过本文获得对线程同步的全面了解，并学习如何在实际项目中应用这些技术来确保多线程程序的稳定性和性能。

让我们一起深入研究线程同步，探索其中的奥秘，为多线程编程的世界增添一抹精彩的色彩。

1 相关概念

1.1 条件变量

  • 当一个线程互斥的访问某个变量时，它可能发现在其他线程改变状态之前，它什么也做不了
  • 例如一个线程访问队列时，发现队列为空，它只能等待，只到其他线程将一个节点添加到队列中，这种情况就需要用到条件变量

1.2 同步概念与竞态条件

  • 同步：在保证数据安全的前提下，让线程能够按照某种特定顺序访问临界资源，从而有效避免饥饿问题，这叫做同步。
  • 竞态条件：因为时序问题，而导致程序异常。我们称之为竞态条件。在线程场景下，这种问题也不难理解

1.3 条件变量函数

  1. 初始化
动态初始化：
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,const pthread_condattr_t *restrictattr);🔄  ❓
参数：
	cond：要初始化的条件变量
	attr：NULL
静态初始化：
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
  1. 销毁
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond)
  1. 等待条件满足
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond,pthread_mutex_t *restrict mutex);
参数：
	cond：要在这个条件变量上等待
	mutex：互斥量，之前的博客解释过
作用：谁调用该接口，就将谁放入PCB等待队列中
  1. 唤醒等待
唤醒PCB等待队列当中的所有线程：
	int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
唤醒PCB等待队列当中至少一个线程：
	int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);

2 实际应用（见见猪跑

2.1 模拟加锁未加条件变量（小迷给小芒煮饭且只有一个碗

代码如下：

#include<iostream>
#include<pthread.h>
#include<unistd.h>
using namespace std;

int g_bowl=1;
pthread_mutex_t g_lock;

void* Eat(void* arg){
    (void)arg;

    while(1){
        pthread_mutex_lock(&g_lock);
        g_bowl--;
        cout<<"I am "<<pthread_self()<<"I eat "<<g_bowl<<endl;
        pthread_mutex_unlock(&g_lock);
    }
    return NULL;
}

void* MakeRice(void* arg){
    (void)arg;
    while(1){
        pthread_mutex_lock(&g_lock);
        g_bowl++;
        cout<<"I am "<<pthread_self()<<"I make "<<g_bowl<<endl;
        pthread_mutex_unlock(&g_lock);
    }
    return NULL;
}

int main(){
    pthread_mutex_init(&g_lock,NULL);
    pthread_t tid_eat;
    pthread_t tid_make;
    int ret = pthread_create(&tid_eat,NULL,Eat,NULL);
    if(ret<0){
        cout<<"thread create failed"<<endl;
    }

    ret = pthread_create(&tid_make,NULL,MakeRice,NULL);
    if(ret < 0){
        cout<<"thread create failed"<<endl;
    }

    while(1){
        sleep(1);
    }

    pthread_mutex_destroy(&g_lock);
    return 0;
}

结果：
image.png
可以观察到bowl已经减为负数，这是因为小芒负责吃，当小芒拿到CPU的资源时，即使碗里面没有饭，它还是持续吃饭，最后居然出现了没有饭还能吃饭的情况，这显然是不合理的所以需要一个条件变量来控制能否吃，以及能否做

2.2 模拟加锁且加上条件变量

给小迷加上条件变量，bowl 里面有饭就不做饭，给小芒加上条件变量，bowl 没有饭就不吃饭。
代码如下：

#include<iostream>
#include<pthread.h>
#include<unistd.h>
using namespace std;

int g_bowl=1;
pthread_mutex_t g_lock;

pthread_cond_t g_eat_cond;
pthread_cond_t g_make_cond;


void* Eat(void* arg){
    (void)arg;

    while(1){
        pthread_mutex_lock(&g_lock);
        if(g_bowl<=0){
            pthread_cond_wait(&g_eat_cond,&g_lock);//等待小迷做好饭
        }
        g_bowl--;
        cout<<"I am "<<pthread_self()<<"I eat "<<g_bowl<<endl;
        pthread_mutex_unlock(&g_lock);

        pthread_cond_signal(&g_make_cond);//通知小迷做饭
    }
    return NULL;
}

void* MakeRice(void* arg){
    (void)arg;
    while(1){
        pthread_mutex_lock(&g_lock);
        if(g_bowl>=1){
            pthread_cond_wait(&g_make_cond,&g_lock);//等待小芒吃饭 空出碗
        }
        g_bowl++;
        cout<<"I am "<<pthread_self()<<"I make "<<g_bowl<<endl;
        pthread_mutex_unlock(&g_lock);

        pthread_cond_signal(&g_eat_cond);//通知小芒吃饭
    }
    return NULL;
}

int main(){
    pthread_mutex_init(&g_lock,NULL);

    pthread_cond_init(&g_eat_cond,NULL);
    pthread_cond_init(&g_make_cond,NULL);

    pthread_t tid_eat;
    pthread_t tid_make;
    int ret = pthread_create(&tid_eat,NULL,Eat,NULL);
    if(ret<0){
        cout<<"thread create failed"<<endl;
    }

    ret = pthread_create(&tid_make,NULL,MakeRice,NULL);
    if(ret < 0){
        cout<<"thread create failed"<<endl;
    }

    while(1){
        sleep(1);
    }

    pthread_mutex_destroy(&g_lock);

    pthread_cond_destroy(&g_eat_cond);
    pthread_cond_destroy(&g_make_cond);
    return 0;
}

结果如下：
image.png

2.3 模拟加锁且加条件变量（小迷给多个人做饭 只有一个碗

#include<iostream>
#include<pthread.h>
#include<unistd.h>
using namespace std;

int g_bowl=1;
pthread_mutex_t g_lock;

pthread_cond_t g_eat_cond;
pthread_cond_t g_make_cond;


void* Eat(void* arg){
    (void)arg;

    while(1){
        pthread_mutex_lock(&g_lock);
        if(g_bowl<=0){
            pthread_cond_wait(&g_eat_cond,&g_lock);
        }
        g_bowl--;
        cout<<"I am "<<pthread_self()<<"I eat "<<g_bowl<<endl;
        pthread_mutex_unlock(&g_lock);

        pthread_cond_signal(&g_make_cond);
    }
    return NULL;
}

void* MakeRice(void* arg){
    (void)arg;
    while(1){
        pthread_mutex_lock(&g_lock);
        if(g_bowl>0){
            pthread_cond_wait(&g_make_cond,&g_lock);
        }
        g_bowl++;
        cout<<"I am "<<pthread_self()<<"I make "<<g_bowl<<endl;
        pthread_mutex_unlock(&g_lock);

        pthread_cond_signal(&g_eat_cond);
    }
    return NULL;
}

int main(){
    pthread_mutex_init(&g_lock,NULL);

    pthread_cond_init(&g_eat_cond,NULL);
    pthread_cond_init(&g_make_cond,NULL);

    pthread_t tid_make;
    int ret = pthread_create(&tid_make,NULL,MakeRice,NULL);
    if(ret < 0){
        cout<<"thread create failed"<<endl;
    }

    for(int i=0;i<3;++i){
        pthread_t tid_eat;
        int ret = pthread_create(&tid_eat,NULL,Eat,NULL);
        if(ret<0){
            cout<<"thread create failed"<<endl;
        }
    }

    while(1){
        sleep(1);
    }

    pthread_mutex_destroy(&g_lock);

    pthread_cond_destroy(&g_eat_cond);
    pthread_cond_destroy(&g_make_cond);
    return 0;
}

结果：
image.png
可以看到出现了负数的情况，这是为什么？
这是因为我们是使用if语句来判断条件的，可能线程刚好在这个时候进行了切换，导致多个eat线程拿到了锁，从而发生了这样的现象，想要解决这个问题只需要改为while语句即可

#include<iostream>
#include<pthread.h>
#include<unistd.h>
using namespace std;

int g_bowl=1;
pthread_mutex_t g_lock;

pthread_cond_t g_eat_cond;
pthread_cond_t g_make_cond;


void* Eat(void* arg){
    (void)arg;

    while(1){
        pthread_mutex_lock(&g_lock);
        while(g_bowl<=0){
            pthread_cond_wait(&g_eat_cond,&g_lock);
        }
        g_bowl--;
        cout<<"I am "<<pthread_self()<<" I eat "<<g_bowl<<endl;
        pthread_mutex_unlock(&g_lock);

        pthread_cond_signal(&g_make_cond);
    }
    return NULL;
}

void* MakeRice(void* arg){
    (void)arg;
    while(1){
        pthread_mutex_lock(&g_lock);
        while(g_bowl>0){
            pthread_cond_wait(&g_make_cond,&g_lock);
        }
        g_bowl++;
        cout<<"I am "<<pthread_self()<<" I make "<<g_bowl<<endl;
        pthread_mutex_unlock(&g_lock);

        pthread_cond_signal(&g_eat_cond);
    }
    return NULL;
}

int main(){
    pthread_mutex_init(&g_lock,NULL);

    pthread_cond_init(&g_eat_cond,NULL);
    pthread_cond_init(&g_make_cond,NULL);

    pthread_t tid_make;
    int ret = pthread_create(&tid_make,NULL,MakeRice,NULL);
    if(ret < 0){
        cout<<"thread create failed"<<endl;
    }

    for(int i=0;i<3;++i){
        pthread_t tid_eat;
        int ret = pthread_create(&tid_eat,NULL,Eat,NULL);
        if(ret<0){
            cout<<"thread create failed"<<endl;
        }
    }

    while(1){
        sleep(1);
    }

    pthread_mutex_destroy(&g_lock);

    pthread_cond_destroy(&g_eat_cond);
    pthread_cond_destroy(&g_make_cond);
    return 0;
}

结果：
image.png

3 条件变量关于等待接口的几个问题

3.1 条件变量对的等待接口参数为什么需要互斥锁？

在pthread_cond_wait函数的内部，需要释放互斥锁。释放之后，其他线程就可以正常加锁操作了。
eg：就像之前小芒发现碗里面没有饭，则需要将自己放到PCB等待队列中，调用了pthread_cond_wait函数之后，需要将拿到互斥锁释放掉，小迷就可以访问到碗这个临界资源开始做饭。

3.2 pthread_cond_wait函数的实现原理

在pthread_cond_wait函数内部，是先释放互斥锁，还是先将PCB放到等待队列中呢？
假设先释放互斥锁，此时可能做饭的小迷就已经将饭做好了，但是小芒还没有到等待队列中，小迷通知小芒吃饭，但是发现等待队列中为空，但是同时发现碗里面有饭，它就会将自己放入等待队列中等待，此时小芒也才将自己放入等待队列中，那么此时小迷和小芒就都在等待队列中进行等待，所以不能先释放互斥锁。

3.3 线程等待的时候，被唤醒之后需要做什么事？

  1. 移动出PCB等待队列
  2. 抢互斥锁
    1. 抢到了：pthread_cond_wait函数返回了
    2. 没抢到：pthread_cond_wait函数没有返回，等待抢锁

本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：/a/149422.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系我们进行投诉反馈qq邮箱809451989@qq.com，一经查实，立即删除！

相关文章

网络超时检测-11.9

网络超时检测-11.9

应用场景 在网络通信中&#xff0c;很多操作会使得进程阻塞&#xff1a; TCP套接字中的recv/acceptUDP套接字中的recvfrom超时检测的必要性 避免进程在没有数据时无限制地阻塞实现某些特定协议要求&#xff0c;比如某些设备规定&#xff0c;发送请求数据后&#xff0c;如果多长…
阅读更多...
TCP连接保活机制

TCP连接保活机制

在TCP连接中有一个保活机制&#xff0c;叫做Keep-Alive&#xff0c;用语言描述就是如下&#xff1a; 在保活时间内&#xff0c;如果没有任何连接相关的活动&#xff0c;TCP 保活机制会开始作用&#xff0c;每隔一个时间间隔&#xff08;保活时间间隔&#xff09;&#xff0c;发…
阅读更多...
王道数据结构课后代码题p19 第14题请设计一个尽可能高效的算法，计算并输出所有可能的三元组(a,b,c) 中的最小距离。（c语言代码实现）

王道数据结构课后代码题p19 第14题请设计一个尽可能高效的算法，计算并输出所有可能的三元组(a,b,c) 中的最小距离。（c语言代码实现）

本题其实就是找a到c的最小值 有讲解p19 第14题 c语言实现王道数据结构课后代码题_哔哩哔哩_bilibili 下方有图&#xff1a; 本题代码如下 int abs(int a)//计算绝对值 {if (a < 0)return -a;elsereturn a; } int min(int a, int b, int c)//a是否为三个数中的最小值 {if …
阅读更多...
技巧篇：在Pycharm中配置集成Git

技巧篇：在Pycharm中配置集成Git

一、在Pycharm中配置集成Git 我们使用git需要先安装git工具&#xff0c;这里给出下载地址&#xff0c;下载后一路直接安装即可&#xff1a; https://git-for-windows.github.io/ 0. git中的一些常用词释义 Repository name&#xff1a; 仓库名称 Description(可选)&#xff1a;…
阅读更多...
某建筑网页js逆向分析过程(有坑）

某建筑网页js逆向分析过程(有坑）

某建筑网页&#xff1a; 网站&#xff1a; import base64 # 解码 website base64.b64decode(aHR0cHM6Ly9qenNjLm1vaHVyZC5nb3YuY24vZGF0YS9jb21wYW55.encode(utf-8)) print(website)JSON.parse() ​ 当你有一个包含JSON字符串的变量时&#xff0c;你可以使用JSON.parse()将…
阅读更多...
photoshop插件开发入门

photoshop插件开发入门

photoshop 学习资料和sdk 下载地址https://developer.adobe.com/console/servicesandapis/ps 脚本编程文档 官方文档&#xff1a; https://extendscript.docsforadobe.dev/ 官方文档&#xff1a; https://helpx.adobe.com/hk_en/photoshop/using/scripting.html open(new F…
阅读更多...
蓝桥杯 string

蓝桥杯 string

string简介 string是C标准库的重要组成部分&#xff0c;主要用于字符串处理。 使用string库需要在头文件中包括该库 #include< string> string与char[]不同&#xff0c;string实现了高度的封装&#xff0c;可以很方便地完 成各种字符串的操作&#xff0c;比如拼接、截取…
阅读更多...
面试题-2

面试题-2

1.重绘和重排有什么区别 重排(回流):布局引擎会根据所有的样式计算出盒模型在页面上的位置和大小 重绘:计算好盒模型的位置,大小和其他一些属性之后,浏览器就会根据每个盒模型的特性进行绘制 浏览器的渲染机制: 对DOM的大小,位置进行修改后,浏览器需要重新计算元素的这些几何…
阅读更多...
儿童水杯上架亚马逊美国站CPC认证办理 ，常见儿童产品CPC认证测试要求

儿童水杯上架亚马逊美国站CPC认证办理 ，常见儿童产品CPC认证测试要求

美国CPSC从2021/03/22开始改革&#xff0c;凡是他们管辖范围内的产品&#xff0c;都会被标记审查&#xff0c;如有相关产品请提前准备好相关文件比如CPC检测报告、认证等等&#xff0c;以备目的港海关审查。 CPC认证介绍 CPC证书即儿童产品证书&#xff0c;适用于12岁以下的儿…
阅读更多...
2023/11/15JAVA学习

2023/11/15JAVA学习

如何多开一个程序
阅读更多...
java成员等讲解

java成员等讲解

一个源文件只有一个public类 如何调用是这个 类里面有全局用类名调用(或者对象),非全局要新一个对象来调用 class Quanjv{public static int x1;public static int y2;public int y24;} public class chengyuan {public static void main(String[] args) {Quanjv quanjvn…
阅读更多...
MySQL（17）：触发器

MySQL（17）：触发器

概述 MySQL从 5.0.2 版本开始支持触发器。MySQL的触发器和存储过程一样&#xff0c;都是嵌入到MySQL服务器的一段程序。 触发器是由 事件来触发 某个操作&#xff0c;这些事件包括 INSERT 、 UPDATE 、 DELETE 事件。 所谓事件就是指用户的动作或者触发某项行为。 如果定义了触…
阅读更多...
继承、多态

继承、多态

复习 需求&#xff1a; 编写一个抽象类&#xff1a;职员Employee,其中定义showSalary(int s)抽象方法&#xff1b;编写Employee的子类&#xff0c;分别是销售员Sales和经理Manager,分别在子类中实现对父类抽象方法的重写&#xff0c;并编写测试类Test查看输出结果 package cn.…
阅读更多...
清华镜像源地址，适用于pip下载速度过慢从而导致下载失败的问题

清华镜像源地址，适用于pip下载速度过慢从而导致下载失败的问题

清华地址 https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple下载各种各样的包的指令模板 pip install XXX -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple这样就行了&#xff0c;XXX代表的是你将要下载的包名称。 比如&#xff1a; pip install opencv-python -i https://pypi.tuna.…
阅读更多...
后端接口错误总结

后端接口错误总结

今天后端错误总结&#xff1a; 1.ConditionalOnExpression(“${spring.kafka.exclusive-group.enable:false}”) 这个标签负责加载Bean&#xff0c;因此这个位置必须打开&#xff0c;如果这个标签不打开就会报错 问题解决&#xff1a;这里的配置在application.yml文件中 kaf…
阅读更多...
【VSCode】配置C/C++开发环境教程（Windows系统）

【VSCode】配置C/C++开发环境教程（Windows系统）

下载和配置MinGW编译器 首先&#xff0c;我们需要下载并配置MinGW编译器。 下载MinGW编译器&#xff0c;并将其放置在一个不含空格和中文字符的目录下。 配置环境变量PATH 打开控制面板。可以通过在Windows搜索栏中输入"控制面板"来找到它。 在控制面板中&#xf…
阅读更多...
Stable Diffusion (version x.x) 文生图模型实践指南

Stable Diffusion (version x.x) 文生图模型实践指南

前言&#xff1a;本篇博客记录使用Stable Diffusion模型进行推断时借鉴的相关资料和操作流程。 相关博客&#xff1a; 超详细&#xff01;DALL E 文生图模型实践指南 DALLE 2 文生图模型实践指南 目录 1. 环境搭建和预训练模型准备环境搭建预训练模型下载 2. 代码 1. 环境搭建…
阅读更多...
【Rust】快速教程——从hola,mundo到所有权

【Rust】快速教程——从hola,mundo到所有权

前言 学习rust的前提如下&#xff1a; &#xff08;1&#xff09;先把Rust环境装好 &#xff08;2&#xff09;把VScode中关于Rust的插件装好 \;\\\;\\\; 目录 前言先写一个程序看看Rust的基础mut可变变量let重定义覆盖变量基本数据类型复合类型&#xff08;&#xff09;和 [ …
阅读更多...
[Linux] 网络文件共享服务

[Linux] 网络文件共享服务

一、存储类型 存储类型可分为三类&#xff1a;DAS&#xff08;直连式存储&#xff09;,NAS&#xff08;网络附加存储&#xff09;,SAN&#xff08;存储区域网络&#xff09;。 1.1 DAS 定义&#xff1a; DAS是指直连存储&#xff0c;即直连存储&#xff0c;可以理解为本地文…
阅读更多...
【软考篇】中级软件设计师 第三部分（二）

【软考篇】中级软件设计师 第三部分（二）

中级软件设计师 第三部分&#xff08;二&#xff09; 二十四. 概念设计阶段24.1 E-R模式24.2 E-R图 二十五. 网络和多媒体25.1 计算机网络分类25.2 OSI/RM参考模型25.3 网络互联硬件25.4 TCP/IP分层模型 二十六. IP地址26.1 子网划分26.2 特殊IP26.3 IPv626.4 冲突与和广播域26…
阅读更多...
最新文章

Copyright @ 2022~2023