C++线程同步

时间:2022-06-03 liufeng2023 人气:0

线程同步

/*
    使用多线程实现买票的案例。
    有3个窗口，一共是100张票。
*/
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
// 全局变量，所有的线程都共享这一份资源。
int tickets = 100;
void * sellticket(void * arg) {
    // 卖票
    while(tickets > 0) {
        usleep(6000);	//微秒
        printf("%ld 正在卖第 %d 张门票\n", pthread_self(), tickets);
        tickets--;
    }
    return NULL;
}
int main() {
    // 创建3个子线程
    pthread_t tid1, tid2, tid3;
    pthread_create(&tid1, NULL, sellticket, NULL);
    pthread_create(&tid2, NULL, sellticket, NULL);
    pthread_create(&tid3, NULL, sellticket, NULL);
    // 回收子线程的资源,默认阻塞状态
    pthread_join(tid1, NULL);
    pthread_join(tid2, NULL);
    pthread_join(tid3, NULL);
    // 设置线程分离。
    // pthread_detach(tid1);
    // pthread_detach(tid2);
    // pthread_detach(tid3);
    pthread_exit(NULL); // 退出主线程
    return 0;
}

运行结果：

产生的问题：

每一张票都卖了好几次；
卖了第0张票和-1张票，都是不对的；

三个线程抢cpu资源。

原因：休眠的时间，3个进程都进去执行了程序；多个进程对共享资源同时处理，就会产生线程同步问题。

线程的主要优势：通过全局变量来共享信息。不过，这种便捷的共享是有代价的:必须确保多个线程不会同时修改同一变量，或者某一线程不会读取正在由其他线程修改的变量。

临界区：指访问某一共享资源的代码片段，并且这段代码的执行应为原子操作，也就是同时访问同一共享资源的其他线程不应终端该片段的执行。

线程同步：即当有一个线程在对内存进行操作时，其他线程都不可以对这个内存地址进行操作，直到该线程完成操作，其他线程才能对该内存地址进行操作，而其他线程则处于等待状态。

线程同步会降低线程并发的效率，这是必须的。

互斥量

为避免线程更新共享变量时出现问题，可以使用互斥量(mutex）来确保同时仅有一个线程可以访问某项共享资源。可以使用互斥量来保证对任意共享资源的原子访问。

互斥量有两种状态：已锁定(locked)和未锁定(unlocked)。

任何时候，至多只有一个线程可以锁定该互斥量。试图对已经锁定的某一互斥量再次加锁，将可能阻塞线程或者报错失败，具体取决于加锁时使用的方法。

一旦线程锁定互斥量，随即成为该互斥量的所有者，只有所有者才能给互斥量解锁。

一般情况下，对每一共享资源（可能由多个相关变量组成）会使用不同的互斥量，每一线程在访问同一资源时将采用如下协议:

针对共享资源锁定互斥量
访问共享资源
对互斥量解锁

加锁是在临界区对共享数据操作；

如果多个线程试图执行这一块代码（一个临界区)，事实上只有一个线程能够持有该互斥量(其他线程将遭到阻塞)，即同时只有一个线程能够进入这段代码区域，如下图所示：

/*
    互斥量的类型 pthread_mutex_t
    int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);
        - 初始化互斥量
        - 参数 ：
            - mutex ： 需要初始化的互斥量变量
            - attr ： 互斥量相关的属性，NULL
        - restrict : C语言的修饰符，被修饰的指针，不能由另外的一个指针进行操作。
            pthread_mutex_t *restrict mutex = xxx;
            pthread_mutex_t * mutex1 = mutex;	--不能这样操作，有restrict关键词
    int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
        - 释放互斥量的资源
    int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
        - 加锁，阻塞的，如果有一个线程加锁了，那么其他的线程只能阻塞等待
		- 成功返回 0
    int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
        - 尝试加锁，如果加锁失败，不会阻塞，会直接返回。
    int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
        - 解锁
*/
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
// 全局变量，所有的线程都共享这一份资源。
int tickets = 1000;
// 创建一个互斥量	--在全局区创建
pthread_mutex_t mutex;
void * sellticket(void * arg) {
    // 卖票
    while(1) {
        // 加锁
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        if(tickets > 0) {
            usleep(6000);
            printf("%ld 正在卖第 %d 张门票\n", pthread_self(), tickets);
            tickets--;
        }else {
            // 解锁
            pthread_mutex_unlock(&mutex);
            break;
        }
        // 解锁
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    return NULL;
}
int main() {
    // 初始化互斥量
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
    // 创建3个子线程
    pthread_t tid1, tid2, tid3;
    pthread_create(&tid1, NULL, sellticket, NULL);
    pthread_create(&tid2, NULL, sellticket, NULL);
    pthread_create(&tid3, NULL, sellticket, NULL);
    // 回收子线程的资源,阻塞
    pthread_join(tid1, NULL);
    pthread_join(tid2, NULL);
    pthread_join(tid3, NULL);
    pthread_exit(NULL); // 退出主线程
    // 释放互斥量资源
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    return 0;
}

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