线程的同步和互斥学习笔记

目录

互斥锁的概念和使用 

线程通信-互斥

 互斥锁的创建和销毁

 申请锁-pthread_mutex_lock

 释放锁-pthread_mutex_unlock

读写锁的概念和使用

死锁的避免

互斥锁的概念和使用 

线程通信-互斥

临界资源

  • 一次只允许一个任务（进程、线程）访问的共享资源

概念：

        不能同时访问的资源，比如写文件，只能由一个线程写，同时写会写乱。

        比如外设打印机，打印的时候只能由一个程序使用。

        外设基本上都是不能共享的资源。

        生活中比如卫生间，同一时间只能由一个人使用。

临界区

  • 访问临界资源的代码

互斥机制

  • mutex互斥锁，任务访问临界资源前申请锁，访问完后释放锁

 互斥锁的创建和销毁

两种方法创建互斥锁，静态方式和动态方式： 

动态方式： 

#include <pthread.h>
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex,
    const pthread_mutexattr_t *attr);
  • 成功时返回0，失败时返回错误码
  • mutex指向要初始化的互斥锁对象
  • attr互斥锁属性，NULL表示缺省属性
  • man函数出现No manual entry for pthread_mutex_xxx解决方法：apt-get install manpages-posix-dev

 静态方式：

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

 锁的销毁:

int pthread_mutex_destory(pthread_mutex_t *mutex)

在linux中，互斥锁并不占用任何资源，因此LinuxThreads中的pthread_mutex_destory()除了检查锁状态以外（锁定状态则返回EBUSY）没有其他动作。

 申请锁-pthread_mutex_lock

#include <pthread.h>
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
  • 成功时返回0，失败时返回错误码
  • mutex指向要初始化的互斥锁对象
  • pthread_mutex_lock如果无法获得锁，任务阻塞
  • pthread_mutex_trylock如果无法获得锁，返回EBUSY而不是挂起等待

 释放锁-pthread_mutex_unlock

#include <pthread.h>
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
  • 成功时返回0，失败时返回错误码
  • mutex指向要初始化的互斥锁对象

 示例代码：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
FILE *fp;
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;  //多个文件需要多个锁
void *func1(void *arg)
{
    pthread_detach(pthread_self());
    printf("This is child thread1\n");
    char str[] = "I write func1 line\n";
    char c;
    int i = 0;
    //pthread_mutex_t mutex1;
    while (1)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        while(i < strlen(str))
        {
            c = str[i];
            fputc(c,fp);
            usleep(1);
            i++;
        }
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        i = 0;
        usleep(1);
    }
    
    pthread_exit("func1 exit");
}
void *func2(void *arg)
{
    pthread_detach(pthread_self());
    printf("This is child thread2\n");
    char str[] = "You read func1 thread\n";
    char c;
    int i = 0;
    //pthread_mutex_t mutex2;
    while (1)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        while(i < strlen(str))
        {
            c = str[i];
            fputc(c,fp);
            usleep(1);
            i++;
        }
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        i = 0;
        usleep(1);
    }
    pthread_exit("func2 exit");
}
int main()
{ 
    pthread_t tid1,tid2;
    void *retv;
    int i;   
    fp = fopen("1.txt","a+");
    if(fp == NULL)
    {
        perror("fopen");
        return 0;
    }
    pthread_create(&tid1,NULL,func1,NULL);
    pthread_create(&tid2,NULL,func2,NULL);
    while(1)
    {
        sleep(1);
    }
}

运行结果：

读写锁的概念和使用

 必要性：提高线程执行效率

特性：

  • 写者：写者使用写锁，如果当前没有读者，也没有其他写者，写者立即获得写锁；否则写者将等待，直到没有读者和写者。
  • 读者：读者使用读锁，如果当前没有写者，读者立即获得读锁；否则读者等待，直到没有写者。

 注意：

  • 同一时刻只有一个线程可以获得写锁，同一时刻可以有多个线程获得读锁。
  • 读写锁出于写锁状态时，所有试图对读写锁加锁的线程，不管是读者试图加读锁，还是写者试图加写锁，都会被阻塞。
  • 读写锁处于读锁状态时，有写者试图加写锁时，之后的其他线程的读锁请求会被阻塞，以避免写者长时间的不写锁。
  •  初始化一个读写锁        pthread_rwlock_init
  • 读锁定读写锁                pthread_rwlock_rdlock
  • 非阻塞读锁定                pthread_rwlock_tryrdlock
  • 写锁定读写锁                pthread_rwlock_wrlock
  • 非阻塞写锁定                pthread_rwlock_trywrlock
  • 解锁读写锁                    pthread_rwlock_unlock
  • 释放读写锁                    pthread_rwlock_destroy

 示例代码：

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


pthread_rwlock_t rwlock;

FILE *fp;
void * read_func(void *arg){
    pthread_detach(pthread_self());
    printf("read thread\n");
    char buf[32]={0};
    while(1){
        //rewind(fp);
        pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
        while(fgets(buf,32,fp)!=NULL){
            printf("%d,rd=%s\n",(int)arg,buf);
            usleep(1000);
        }
        pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
        sleep(1);
    }

}



void *func2(void *arg){
    pthread_detach(pthread_self());
    printf("This func2 thread\n");
    
    char str[]="I write func2 line\n";
    char c;
    int i=0;
    while(1){
        pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
        while(i<strlen(str))
        {
            c = str[i];
            fputc(c,fp);
            usleep(1);
            i++;
        }
        pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
        i=0;
        usleep(1);

    }

    pthread_exit("func2 exit");

}

void *func(void *arg){
    pthread_detach(pthread_self());
    printf("This is func1 thread\n");
    char str[]="You read func1 thread\n";
    char c;
    int i=0;
    while(1){
        pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
        while(i<strlen(str))
        {
            c = str[i];
            fputc(c,fp);
            i++;
            usleep(1);
        }
        pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
        i=0;
        usleep(1);

    }
    pthread_exit("func1 exit");
}


int main(){
    pthread_t tid1,tid2,tid3,tid4;
    void *retv;
    int i;
    fp = fopen("1.txt","a+");
    if(fp==NULL){
        perror("fopen");
        return 0;
    }
    pthread_rwlock_init(&rwlock,NULL);
    pthread_create(&tid1,NULL,read_func,1);
    pthread_create(&tid2,NULL,read_func,2);
    pthread_create(&tid3,NULL,func,NULL);
    pthread_create(&tid4,NULL,func2,NULL);
    while(1){    
        sleep(1);
    } 

}

死锁的避免

  • 锁越少越好，最好使用一把锁
  • 调整好锁的顺序
  • 使锁进行错位

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
FILE *fp;
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;  //多个文件需要多个锁
pthread_mutex_t mutex2 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;  //多个文件需要多个锁

void *func1(void *arg)
{
    pthread_detach(pthread_self());
    printf("This is child thread1\n");
    char str[] = "I write func1 line\n";
    char c;
    int i = 0;
    //pthread_mutex_t mutex1;
    while (1)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex2);
        printf("%d,I get lock2\n",(int)arg);
        sleep(1);
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        printf("%d,I get 2 locks\n",(int)arg);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        pthread_mutex_unlock(&mutex2);
        sleep(10);
    }
    
    pthread_exit("func1 exit");
}
void *func2(void *arg)
{
    pthread_detach(pthread_self());
    printf("This is child thread2\n");
    char str[] = "You read func1 thread\n";
    char c;
    int i = 0;
    //pthread_mutex_t mutex2;
    while (1)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        printf("%d,I get lock1\n",(int)arg);
        sleep(1);
        pthread_mutex_lock(&mutex2);
        printf("%d,I get 2 locks\n",(int)arg);

        pthread_mutex_unlock(&mutex2);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        usleep(10);
    }
    pthread_exit("func2 exit");
}
int main()
{ 
    pthread_t tid1,tid2;
    void *retv;
    int i;   
    fp = fopen("1.txt","a+");
    if(fp == NULL)
    {
        perror("fopen");
        return 0;
    }
    pthread_create(&tid1,NULL,func1,1);
    sleep(5);
    pthread_create(&tid2,NULL,func2,2);
    while(1)
    {
        sleep(1);
    }
}

 运行结果：

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