Linux 多线程 – 线程异步与同步机制 I. 同步机制 线程间的同步机制主要包括三个： 互斥锁： 以排他的方式，防止共享资源被并发访问； 互斥锁为二变量， 状态为0-开锁、1-上锁; 开锁必须由上锁的线程执行，不受其它线程干扰. 条件变量： 满足某个特定条件时，可通过条件变量通知其它线程do-something; 必须与互斥锁*联合使用，单独无法执行. 读写锁： 针对多读者，少写者的情况设定 允许多读，但此时不可写； 唯一写，此时不可读. 函数的头文件为： 1. 互斥锁 操作流程： I. 创建互斥锁 II. 申请锁：若可用，立刻占用；否则，阻塞等待 III. do-something IV. 释放锁 V. 销毁锁 以下是互斥锁的基本操作函数： 功能 函数 参数 返回值 说明 初始化锁 int pthread_mutex_init( pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *attr) 1. mutex: 欲建立的互斥锁 2.attr:属性，一般为NULL 成功：0 失败：非零值 阻塞申请锁 int pthread_mutex_lock( pthread_mutex_t *mutex) mutex:互斥锁 成功：0 失败：非零值 若未申请到， 阻塞等待 非阻塞申请 int pthread_mutex_trylock( pthread_mutex_t *mutex) mutex:互斥锁 成功：0 失败：非零值 若未申请到， 返回错误 释放锁 int pthread_mutex_unlock( pthread_mutex_t *mutex) mutex:互斥锁 成功：0 失败：非零值 销毁锁 int pthread_mutex_destroy( pthread_mutex_t *mutex) mutex:互斥锁 成功：0 失败：非零值 2. 条件变量 注意，条件变量必须与互斥锁共同使用； 以下是条件变量的基本操作函数： 功能 函数 参数 返回值 说明 初始化锁 int pthread_cond_init( pthread_cond_t *cond, const pthread_condattr_t *attr) 1. cond: 欲建立的条件变量 2.attr:属性，一般为NULL 成功：0 失败：非零值 等待条件变量 int pthread_cond_wait( pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex) 1.cond:条件变量 2.mutex:互斥锁 成功：0 失败：非零值 阻塞等待 隐含释放申请到的互斥锁 限时等待条件变量 int pthread_cond_timewait( pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex, const struct timespec *time) 3.time:等待过期的绝对时间 从1970-1-1:0:0:0起 成功：0 失败：非零值 struct timespec{long ts_sec; long ts_nsec} 单一通知 int pthread_cond_signal( pthread_cond_t *cond) cond:条件变量 成功：0 失败：非零值 唤醒等待cond的第一个线程 隐含需要的互斥锁 广播通知 int pthread_cond_broadcast( pthread_cond_t *cond) cond:条件变量 成功：0 失败：非零值 唤醒所有等待cond的线程 隐含需要的互斥锁 销毁条件变量 int pthread_cond_destroy( pthread_cond_t *cond) cond:条件变量 成功：0 失败：非零值 3. 读写锁 读写基本原则： 若当前线程读数据，则允许其他线程读数据，但不允许写 若当前线程写数据，则不允许其他线程读、写数据 以下是基本的操作： 功能 函数 参数 返回值 说明 初始化锁 int pthread_rwlock_init( pthread_rwlock_t *rwlock, const pthread_rwlockattr_t *attr) 1. rwlock: 欲建立的读写锁 2.attr:属性，一般为NULL 成功：0 失败：非零值 阻塞申请读锁 int pthread_rwlock_rdlock( pthread_rwlock_t *rwlock) rwlock:读写锁 成功：0 失败：非零值 若未申请到， 阻塞等待 非阻塞申请 int pthread_rwlock_tryrdlock( pthread_rwlock_t *rwlock) rwlock:读写锁 成功：0 失败：非零值 若未申请到， 返回错误 阻塞申请写锁 int pthread_rwlock_wrlock( pthread_rwlock_t *rwlock) rwlock:读写锁 成功：0 失败：非零值 若未申请到， 阻塞等待 非阻塞申请写锁 int pthread_rwlock_trywrlock( pthread_rwlock_t *rwlock) rwlock:读写锁 成功：0 失败：非零值 若未申请到， 返回错误 释放锁 int pthread_mutex_unlock( pthread_rwlock_t *rwlock) rwlock:读写锁 成功：0 失败：非零值 销毁锁 int pthread_rwlock_destroy( pthread_rwlock_t *rwlock) rwlock:读写锁 成功：0 失败：非零值 4. 线程信号量 线程信号量类似进程的信号量，主要是使得多个线程访问共享资源时，顺序互斥访问。 与互斥锁的区别在于： 互斥锁：只有一个bool类型的值，只允许2个线程进行排队； 信号量：允许多个线程共同等待一个共享资源 函数如下： 功能 函数 参数 返回值 说明 创建信号量 int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value) 1. sem:信号量地址; 2. pshared:是(!=0)否(0)为共享信号量 3. value:信号量初值 0: 成功 -1: 失败 P操作(阻塞) int sem_wait(sem_t *sem) sem:信号量地址 0: 成功 -1: 失败 P操作(非阻塞) int sem_trywait(sem_t *sem) sem:信号量地址 0: 成功 -1: 失败 P操作(时间) int sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout) 1. sem:信号量地址 2. abs_timeout:超时时间 0: 成功 -1: 失败 struct timespec 见下面 V操作 int sem_post(sem_t *sem) sem:信号量地址 0: 成功 -1: 失败 信号量值 int sem_getvalue(sem_t *sem, int *sval) 1. sem:信号量地址 2. sval: 将信号量值放到该地址 0: 成功 -1: 失败 删除信号量 int sem_destroy(sem_t *sem) sem:信号量地址 0: 成功 -1: 失败 II. 异步机制 – 信号 线程的异步机制只有，类似于线程的信号。 线程信号具备以下特点 任何线程都可以向其它线程(同一进程下)发送信号； 每个线程都具备自己独立的信号屏蔽集，不影响其它线程； 线程创建时，不继承原线程的信号屏蔽集； 同进程下，所有线程共享对某信号的处理方式，即一个设置，所有有效； 多个线程的程序，向某一个线程发送终止信号，则整个进程终止 信号的基本操作如下： 功能 函数 参数 返回值 说明 安装信号 sighandler_t signal( int signum, sighandler_t handler) 1.signum:信号值 2.handler:信号操作 详情参见： http://www.cnblogs.com/Jimmy1988/p/7575103.html 发送信号 int pthread_kill( pthread_t threadid, int signo 1.threadid: 目标线程id 2.signo:信号值 成功：0 失败：非零值 若signo=0, 检测该线程是否存在， 不发送信号 设置屏蔽集 pthread_sigmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset) 1.how:如何更改信号掩码 2.newmask:新的信号屏蔽集 3.原信号屏蔽集 成功：0 失败：非零值 how值： 1.SIG_BLOCK:添加新掩码 2.SIG_UNBLOCK:删除新掩码 3.SIG_SETMASK:设置新掩码完全替换旧值 也可以参考这篇博客：https://www.cnblogs.com/coding-my-life/p/4782529.html III、示例代码 1.同步机制： 1). 互斥锁： 两个线程： 读线程：从中读取数据，并存储 写线程：从存储buffer中读取数据并显示 2). 条件变量： 生产者和消费者问题： 生产者: 向仓库生产数据(大小可任意设定)，当满时，阻塞等待仓库有空闲(由消费者消费完后通知) 消费者： 从仓库读数据，若仓库为空，则阻塞等待，当生产者再次生产产品后通知 3). 读写锁： 四个线程：两读两写； 多进程可同时读，但此时不可写； 只有一个线程可写，其它线程等待该线程写完后执行响应的读/写操作 2. 异步机制 – 信号： 本程序包括两个线程： 线程1安装SIGUSR1,阻塞除SIGUSR2外的所有信号； 线程2安装SIGUSR2,不阻塞任何信号 操作流程： 1- 线程1、2安装信号； 2- 主线程发送SIGUSR1和SIGUSR2至线程1和线程2； 3- 线程1接收到除SIGUSR2之外的信号，阻塞不执行；当收到SIGUSR2后，执行对应操作； 4- 线程2接收到SIGUSR1和SIGUSR2后，分别执行对应操作 5- 主线程发送SIGKILL信号，结束整个进程
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