【Linux】线程同步

线程同步

• 一、条件变量
• • 1. 同步概念
  • 2. 条件变量概念
  • 3. 条件变量接口
  • • （1）pthread_cond_init()
    • （2）pthread_cond_destroy()
    • （3）pthread_cond_wait()
    • （4）pthread_cond_signal()
    • （5）pthread_cond_broadcast()
    • （6）使用接口
    • 二、生产者消费者模式
    • • 1. 概念
      • 2. 生产者消费者模式优点
      • 3. 基于 BlockingQueue 的生产者消费者模型
      • 三、POSIX 信号量
      • • 1. 回顾信号量
        • 2. POSIX 信号量接口
        • • （1）sem_init()
          • （2）sem_destroy()
          • （3）sem_wait()
          • （4）sem_post()
          • 3. 基于环形队列的生产消费模型
          • • （1）环形队列
            • （2）原理
            • （3）代码实现
            • 四、线程池
            • 五、其他常见的锁
            • 六、读者写者问题
            • • 1. 读写锁
              • 2. 读写锁���口

                一、条件变量

                1. 同步概念

                同步问题是保证数据安全的情况下，让线程访问资源具有一定的顺序性，从而有效避免饥饿问题，叫做同步。

                2. 条件变量概念

                所以怎么才能让线程按照一定的顺序去访问资源呢？也就是同步的解决方案是什么呢？这个解决方案在 Linux 中称为条件变量。

                什么叫做条件变量呢？以前我们使用的纯加锁的时候，没有申请到加锁的线程，就直接阻塞挂起了，这个场景为纯互斥场景，也就是线程没有顺序地执行的，谁能申请到锁谁就能得到资源。而条件变量就是可以做到让线程在一个等待队列中按照顺序等待，按照它们到来的先后顺序进入队列等待，前提是这些线程都是申请锁失败的，因为是要保证资源安全的情况下。而且，在资源就绪的时候，也就是有线程释放锁后，这个条件变量还需要提供一种通知机制，唤醒一个或者全部队列中的线程，让队头的线程去访问资源。这就是条件变量。

                例如一个线程访问队列时，该队列为共享资源，发现队列为空，它只能等待，直到其它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。

                3. 条件变量接口

                （1）pthread_cond_init()

                初始化条件变量的接口：

                				int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,
                				              const pthread_condattr_t *restrict attr);
                

                其中第一个参数类型，也是 pthread 库给我们提供的数据类型，我们先要定义一个这样类型的条件变量，也就是要初始化的条件变量。第二个参数是属性，我们设为空即可。

                条件变量的初始化和互斥锁的初始化类似，也可以定义一个全局的条件变量，用法也一样，全局或静态的条件变量可以不用初始化和释放。定义全局的条件变量如下：

                				pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
                

                （2）pthread_cond_destroy()

                释放条件变量：

                				int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
                

                （3）pthread_cond_wait()

                申请锁失败或者等待条件满足时，加入等待队列中：

                				int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond,
                				              pthread_mutex_t *restrict mutex);
                

                第一个参数就是我们初始化的条件变量；第二个参数是一把锁，我们后面再介绍。

                （4）pthread_cond_signal()

                唤醒一个线程的接口：

                				int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
                

                （5）pthread_cond_broadcast()

                唤醒所有线程：

                				int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
                

                

                （6）使用接口

                下面我们将上面的接口和互斥接口一起使用起来。我们知道，当多个线程向显示器上打印时，其实就是多个线程访问同一个共享资源，此时如果不加锁，打印出来的信息就是乱的。现在我们就模拟这个场景，对显示器这个共享资源加锁，并添加条件变量实现同步。

                				pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
                				pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
                				
                				int cnt = 0;
                				
                				void* func(void* args)
                				{
                				    pthread_detach(pthread_self());
                				    uint64_t i = (uint64_t)args;
                				
                				    while(1)
                				    {
                				        pthread_mutex_lock(&lock);
                				
                				        // pthread_cond_wait 让线程加入等待队列的时候，会自动释放锁
                				        pthread_cond_wait(&cond, &lock);       
                				        cout