Linux锁的使用

一、临界资源与临界区

多线程会共享例如全局变量等资源,我们把会被多个执行流访问的资源称为临界资源,我们是通过代码访问临界资源的,而我们访问临界资源的那部分代码称为临界区。

实现一个抢票系统

只有一个线程抢票时

#include <iostream>
#include <vector>
#include <unistd.h>

#include "Thread.hpp"


int num = 10000; 

std::string GetThreadName()
{
    static int num = 1;
    char name[64];
    snprintf(name, sizeof(name), "thread-%d", num++);
    return name;
}

void Ticket(std::string name)
{
    while(true)
    {
        if(num > 0)
        {
            usleep(1000);
            printf("%s get ticket: %d\n", name.c_str(), num);
            num--;
        }
        else
        {
            break;
        }
    }
}

int main()
{
    std::string name1 = GetThreadName();
    Thread<std::string> t1(name1, Ticket, name1);
    
    t1.Start();
    t1.Join();
    
    return 0;
}

正常输出,最终票数为0时退出。

但是当我们启动多个线程同时抢票时,num就是临界资源,使用num的那部分代码就是临界区

#include <iostream>
#include <vector>
#include <unistd.h>

#include "Thread.hpp"


int num = 10000; 

std::string GetThreadName()
{
    static int num = 1;
    char name[64];
    snprintf(name, sizeof(name), "thread-%d", num++);
    return name;
}

void Ticket(std::string name)
{
    while(true)
    {
        if(num > 0)
        {
            usleep(1000);
            printf("%s get ticket: %d\n", name.c_str(), num);
            num--;
        }
        else
        {
            break;
        }
    }
}

int main()
{
    std::string name1 = GetThreadName();
    Thread<std::string> t1(name1, Ticket, name1);
    std::string name2 = GetThreadName();
    Thread<std::string> t2(name2, Ticket, name2);
    std::string name3 = GetThreadName();
    Thread<std::string> t3(name3, Ticket, name3);
    std::string name4 = GetThreadName();
    Thread<std::string> t4(name4, Ticket, name4);

    t1.Start();
    t2.Start();
    t3.Start();
    t4.Start();

    t1.Join();
    t2.Join();
    t3.Join();
    t4.Join();
    
    return 0;
}

可以看到出现了0和负数的票数,这是因为当票数只剩1时,有多个执行流在同一时间通过了if判断,使得能继续进行减票操作。

vs下自减操作的反汇编,分为三步:先从内存拿数据,再把数据减1,最后把数据拷贝到内存

多个执行流同时访问临界资源例如自减操作,由于--操作不是原子性的(我们认为一条汇编指令是原子性的,是不会被中断的。但--操作转为汇编指令后,需要多条指令才能完成),当--操作执行到一半切换到其他线程会导致数据不一致的问题。这种情况下需要通过锁把临界区保护起来,每次只让一个执行流访问临界资源,避免数据不一致问题。

互斥:任何时刻,互斥保证有且只有一个执行流进入临界区,访问临界资源,通常对临界资源起保护作用。

原子性:不会被任何调度机制打断的操作,该操作只有两态,要么完成,要么未完成。

二、使用锁的方法

1.创建锁

如果定义一个全局的锁,直接使用pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER用宏初始化。

如果定义一个局部锁,要使用pthread_mutex_init方法创建,参数attr设为nullptr

2.加锁解锁

使用pthread_mutex_lock加锁,传递锁的地址,

解锁用pthread_mutex_unlock

当我们使用锁后,就能保证每次只有一个执行流能访问临界资源。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <unistd.h>

#include "Thread.hpp"


int num = 10000;
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; //定义一个全局锁

std::string GetThreadName()
{
    static int num = 1;
    char name[64];
    snprintf(name, sizeof(name), "thread-%d", num++);
    return name;
}

void Ticket(std::string name)
{
    while(true)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex); //加锁
        if(num > 0)
        {
            usleep(1000);
            printf("%s get ticket: %d\n", name.c_str(), num);
            num--;
            pthread_mutex_unlock(&mutex); //解锁
        }
        else
        {
            pthread_mutex_unlock(&mutex); //解锁
            break;
        }
    }
}

int main()
{
    std::string name1 = GetThreadName();
    Thread<std::string> t1(name1, Ticket, name1);
    std::string name2 = GetThreadName();
    Thread<std::string> t2(name2, Ticket, name2);
    std::string name3 = GetThreadName();
    Thread<std::string> t3(name3, Ticket, name3);
    std::string name4 = GetThreadName();
    Thread<std::string> t4(name4, Ticket, name4);

    t1.Start();
    t2.Start();
    t3.Start();
    t4.Start();

    t1.Join();
    t2.Join();
    t3.Join();
    t4.Join();

    return 0;
}

结果正常,但是速度慢了很多,因为要不断申请锁和释放锁

加锁解锁的过程是安全的

三、可重入和线程安全

1.概念

线程安全:多个线程并发同一段代码时,不会出现不同的结果。常见对全局变量或者静态变量进行操作, 并且没有锁保护的情况下,会出现该问题。

重入:同一个函数被不同的执行流调用,当前一个流程还没有执行完,就有其他的执行流再次进入,我们称之为重入。一个函数在重入的情况下,运行结果不会出现任何不同或者任何问题,则该函数被称为可重入函数,否则,是不可重入函数。

2.常见的线程不安全的情况

1.不保护共享变量的函数

2.函数状态随着被调用,状态发生变化的函数

3.返回指向静态变量指针的函数

4.调用线程不安全函数的函数

3.常见的线程安全的情况

1.调用了malloc/free函数,因为malloc函数是用全局链表来管理堆的

2.调用了标准I/O库函数,标准I/O库的很多实现都以不可重入的方式使用全局数据结构

3.可重入函数体内使用了静态的数据结构

4.常见可重入的情况

1.不使用全局变量或静态变量

2.不使用用malloc或者new开辟出的空间

3.不调用不可重入函数不返回静态或全局数据,所有数据都有函数的调用者提供

4.使用本地数据,或者通过制作全局数据的本地拷贝来保护全局数据

5.可重入与线程安全联系

1.函数是可重入的,那就是线程安全的

2.函数是不可重入的,那就不能由多个线程使用,有可能引发线程安全问题

3.如果一个函数中有全局变量,那么这个函数既不是线程安全也不是可重入的。

6.可重入与线程安全区别

1.可重入函数是线程安全函数的一种

2.线程安全不一定是可重入的,而可重入函数则一定是线程安全的。

3.如果将对临界资源的访问加上锁,则这个函数是线程安全的,但如果这个重入函数若锁还未释放则会产生 死锁,因此是不可重入的。

四、死锁

死锁是指在一组进程中的各个进程均占有不会释放的资源,但因互相申请被其他进程所站用不会释放的资源而处于的一种永久等待状态。

1.死锁四个必要条件

1.互斥条件:一个资源每次只能被一个执行流使用

2.请求与保持条件:一个执行流因请求资源而阻塞时,对已获得的资源保持不放

3.不剥夺条件: 一个执行流已获得的资源,在末使用完之前,不能强行剥夺

4.循环等待条件: 若干执行流之间形成一种头尾相接的循环等待资源的关系

2.避免死锁

1.破坏死锁的四个必要条件

2.加锁顺序一致

3.避免锁未释放的场景

4.资源一次性分配

3.避免死锁算法

1.死锁检测算法

2.银行家算法

一个锁会造成死锁吗?

答案是会的,当一个线程申请完一个锁,访问完临界资源后,接下来该释放锁了,但是代码却写成了加锁,这就会导致死锁问题。

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/527892.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

【二分查找】Leetcode 寻找峰值

题目解析 162. 寻找峰值 题目中有一个很重要的提示&#xff1a;对所有有效的i都存在nums[i] ! nums[i1],因此这道题不需要考虑nums[mid] 和 nums[mid1]之间的相等与否的关系 算法讲解 1. 暴力枚举 我们按照顺序判断每个数字是否是当前的峰值&#xff0c;如果是直接返回&#…

【WEEK7】 【DAY1】索引【中文版】

2024.4.8 Monday 目录 7.索引7.1.内涵7.2.索引的作用7.3.索引的分类7.3.1.主键索引&#xff08;PRIMARY KEY&#xff09;7.3.1.1.主键 : 某一个属性组能唯一标识一条记录7.3.1.2.特点 : 7.3.2.唯一索引&#xff08;UNIQUE KEY&#xff09;7.3.2.1.作用 : 避免同一个表中某数据…

第一部分 Vue讲解(代码版)

1.第一个vue实例 <!DOCTYPE html> <html lang"en"> <head><meta charset"UTF-8"><meta http-equiv"X-UA-Compatible" content"IEedge"><meta name"viewport" content"widthdevice-w…

获得乙级风力发电设计资质需要哪些注册工程师资格?

要获得乙级风力发电设计资质&#xff0c;通常需要以下注册工程师资格&#xff1a; 注册电气&#xff08;发输电&#xff09;工程师&#xff1a;他们负责风力发电项目的电气系统设计、优化、设备选型和配置&#xff0c;确保电力供应的安全性和可靠性。他们的专业知识对于保证风…

SpringBoot的旅游管理系统+论文+ppt+免费远程调试

项目介绍: 基于SpringBoot旅游网站 旅游管理系统 本旅游管理系统采用的数据库是Mysql&#xff0c;使用SpringBoot框架开发。在设计过程中&#xff0c;充分保证了系统代码的良好可读性、实用性、易扩展性、通用性、便于后期维护、操作方便以及页面简洁等特点。 &#xff08;1&…

吴恩达深度学习笔记:深层神经网络(Deep Neural Networks)4.5-4.8

目录 第一门课&#xff1a;神经网络和深度学习 (Neural Networks and Deep Learning)第四周&#xff1a;深层神经网络(Deep Neural Networks)4.5 为什么使用深层表示&#xff1f;&#xff08;Why deep representations?&#xff09; 第一门课&#xff1a;神经网络和深度学习 (…

5.网络编程-socker(golang版)

目录 一、什么是socket&#xff1f; 二、Golang中使用TCP TCP服务端 TCP客户端​​​​​​​ 三、TCP黏包&#xff0c;拆包 1.什么是粘包&#xff0c;拆包&#xff1f; 2.为什么UDP没有粘包&#xff0c;拆包&#xff1f; 3.粘包拆包发生场景 4.TCP黏包 黏包服务端 …

官宣定档“2024上海国际半导体产业展会”定于11月份在沪召开

2024上海国际半导体产业展览会 2024 Shanghai Semiconductor Expo 时间:2024年11月18-20日 地点:上海新国际博览中心 前言 近年来&#xff0c;上海半导体产业呈现出快速发展的态势。一方面&#xff0c;得益于国家政策的大力支持&#xff0c;上海半导体产业得到了迅猛的发展。…

计算机组成结构2

概念 存储系统 解决成本-速度-容量之前的矛盾问题 寄存器–cache–内存–硬盘–外存储 局部性原理 时间局部&#xff1a;相邻的时间访问同一个数据空间局部&#xff1a;相邻的空间地址会被连续访问 cache cpu与主存之间&#xff0c;命中cache后就不需要访问主存&#xff0c;…

景联文科技:为AI大模型提供高质海量训练数据

在全球AI浪潮的推动下&#xff0c;大量训练数据已成为AI算法模型发展和演进中的关键一环。 艾瑞咨询数据显示&#xff0c;包括数据采集、数据处理&#xff08;标注&#xff09;、数据存储、数据挖掘等模块在内的AI基础数据服务市场&#xff0c;将在未来数年内持续增长。 预计到…

跟着GPT学设计模式之适配器模式

题图来自APOD 你好&#xff0c;这里是codetrend专栏“跟着GPT学设计模式”。 说明 适配器模式&#xff08;Adapter Pattern&#xff09;是一种结构型设计模式&#xff0c;用于将一个类的接口转换为客户端所期望的另一个接口。适配器模式允许不兼容的接口协同工作&#xff0c…

面向跳转编程JOP问题及挑战

BTI分支目标识别精讲与实践系列 思考 1、什么是代码重用攻击?什么是ROP攻击?区别与联系? 2、什么是JOP攻击?间接分支跳转指令? 3、JOP攻击的缓解技术?控制流完整性保护? 4、BTI下的JOP如何缓解?什么是目标着陆台? 5、BTI的架构细节?硬件原理?间接分支类型?指…

数据库(mysql)-基本查询语句(DQL)

查询语句 这边查询是给予一定表格,这边先做个解释 教师表包括(name(姓名),gender(性别),salary(工资),title(职位),subject_id(课程的编号),comm(奖金)) 学生表包括(姓名(name),gender(性别),job(职位),生日(birth)) 模版 SELECT 字段名 FROM 查询表 WHERE 查询语句 或与非…

Laravel 项目如何运行

如有一个 Laravel 项目&#xff0c;在配置好 PHP 版本和运行环境后&#xff0c;可以直接在项目下直接运行&#xff1a; php artisan serve 来启动你的项目。 通过浏览器查看 当项目运行后&#xff0c;默认的启动端口为 8000&#xff0c;可以通过浏览器来进行查看运行的 Larav…

c++的学习之路:17、stack、queue与priority_queue

摘要 本文主要是介绍一下stack、queue、priority_queue的使用以及模拟实现&#xff0c;文章末附上代码以及思维导图。 目录 摘要 一、stack的介绍和使用 1、stack的介绍 2、stack的使用 3、stack的模拟实现 二、queue的介绍和使用 1、queue的介绍 2、queue的使用 3、…

leetcode刷题日记之接雨水问题

题目描述 解题思路 这个题目相当于一个桶的容量是多少&#xff0c;这取决于最短的模板的高度&#xff0c;&#xff0c;对于位置来讲&#xff0c;第i个位置所能承载的最大的容量为左右两侧最低的高度减去该位置的高度&#xff0c;如果两侧的最低位置小于height【i】&#xff0c…

TSINGSEE青犀边缘计算AI智能分析网关V4客流统计算法的配置步骤及使用

TSINGSEE青犀AI智能分析网关V4内置了近40种AI算法模型&#xff0c;支持对接入的视频图像进行人、车、物、行为、烟火等实时检测分析&#xff0c;上报识别结果&#xff0c;并能进行语音告警播放。硬件支持RTSP、GB28181协议、以及厂家私有协议接入&#xff0c;可兼容市面上常见的…

Python学习从0到1 day21 第二阶段 面向对象 ④ 类型注解

仗剑红尘已是癫&#xff0c;有酒平步上青天 —— 24.4.7 一、变量的类型注解 学习目标 1.理解为什么使用类型注解 2.掌握变量的类型注解语法 为什么使用类型注解 tip&#xff1a;CTRLP&#xff0c;可以提示函数中传入的参数 当我们需要使用pycharm的自动补全功能&#xff0c;又…

Java | Leetcode Java题解之第18题四数之和

题目&#xff1a; 题解&#xff1a; class Solution {public List<List<Integer>> fourSum(int[] nums, int target) {List<List<Integer>> quadruplets new ArrayList<List<Integer>>();if (nums null || nums.length < 4) {return…

(表征学习论文阅读)A Simple Framework for Contrastive Learning of Visual Representations

Chen T, Kornblith S, Norouzi M, et al. A simple framework for contrastive learning of visual representations[C]//International conference on machine learning. PMLR, 2020: 1597-1607. 1. 前言 本文作者为了了解对比学习是如何学习到有效的表征&#xff0c;对本文所…