【Linux系统编程】【Google面试题改编】线程之间的同步与协调 Linux文件操作

编写程序，有四个线程1、2、3、4

线程1的功能就是输1,线程2的功能就是输出2,以此类推……现在有四个文件ABCD初始都为空

现要让四个文件呈如下格式：

    A: 1 22 333 4444 1 22 333 4444…

    B: 22 333 4444 1 22 333 4444 1…

    C: 333 4444 1 22 333 4444 1 22…

    D: 4444 1 22 333 4444 1 22 333…

Linux C写的代码实现结果

Linux C代码

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int counter = 0;
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
char*files[]={"A", "B", "C", "D"};
int orders[4]={0,3,2,1};
int fds[4];
void *new(void *vptr) {
    int*p=(int*)vptr;
    int times=*p;
    for (int i = 0; i < 32; i++) {
        pthread_mutex_lock(&mutex); // 加锁
        while (counter%4 != times-1)
            pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
        counter++;
        char buffer[16];
        for(int j=0;j<times;j++)
            buffer[j]=times+'0';
        buffer[times]=' ';
        write(fds[orders[(4-times+1+i)%4]],buffer,times+1);
        if(i==31)
            write(fds[orders[(4-times+1+i)%4]],"\n",1);
        pthread_cond_broadcast(&cond);
        pthread_mutex_unlock(&mutex); // 解锁
    }
    return NULL;
}

int main(int argc, char **argv) {
    pthread_t threads[4];
    int times[4];
    for (int i = 0; i < 4; i++){
        times[i]=i+1;
        fds[i]=open(files[i],O_WRONLY|O_TRUNC);
        pthread_create(&threads[i], NULL, &new, &times[i]);
    }
    for (int i = 0; i < 4; i++)
        pthread_join(threads[i], NULL);
    pthread_mutex_destroy(&mutex); // 销毁互斥锁
    return 0;
}

首先创建四个空文件ABCD，要让四个线程协调工作需要用到互斥锁和条件变量，这里先声明初始化一下，并准备好四个文件的名字，orders等会解释用处，counter是用来计数区分四个线程的。

主函数创建了四个线程，需要让线程1打印一个1，线程2打印两个2，线程3打印3个3，线程4打印4个4，就需要向线程执行的函数传入一个参数来表示1234。这里使用了一个times数组而不是times整型变量，这是因为防止线程还没使用到正确的times值之前times又在下一次的循环中被修改了。打开四个文件准备写入，这里用的是只写和覆盖写。最后等待线程结束再退出。

在线程执行的函数中，先将指针转换为整型指针然后拿到整数的值，循环32次，这个循环次数无所谓，只是为了写多一点数据，每次循环中先加锁，然后判断counter和4取余是否等于打印*的次数减一，即判断是否轮到该线程输出，如果不是轮到该线程输出，那么该线程就进入等待，在某个线程输出完之后，counter++，同时唤醒所有等待线程并解锁。

然后接下来拼接出需要写入文件的字符串，然后最关键的地方来了，就是这个线程应该往哪个文件写这个字符串。

我们首先来观察一下我们需要达到的效果是怎么样的，首先得明白一个前提，即我们的线程是这样的：线程1打印一个1，线程2打印两个2，线程3打印3个3，线程4打印4个4。

那么线程1首先写文件A，完了写文件D，之后写文件C和文件D，从序数0开始计算的话，那么线程1写文件的顺序是这样的：0 3 2 1 0 3 2 1 0 3 2 1……

同时线程2写文件的顺序是这样的：1 0 3 2……，线程3写文件的顺序：2 1 0 3，线程4写文件的顺序：3 2 0 1，到这里就可以分析出来了，让一个数组int orders[4]={0,3,2,1}，那么线程1写文件的顺序就是从第1个元素开始循环，而线程2写文件的顺序是从第4个元素开始循环，线程3写文件的顺序是从第3个元素开始循环，线程4写文件的顺序是从第2个元素开始循环，由此我们可以设计出代码实现。