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一.线程同步
1.什么是线程同步
2.为什么需要线程同步
3.如何实现线程同步
二.条件变量
1.常见接口以及使用
2.wiat/signal中的第二个参数mutex的意义
3.代码验证
三.POSIX信号量
1.概念
2.常见接口以及使用
四.条件变量vsPOSIX信号量 一.线程同步
1.什么是线…目录
一.线程同步
1.什么是线程同步
2.为什么需要线程同步
3.如何实现线程同步
二.条件变量
1.常见接口以及使用
2.wiat/signal中的第二个参数mutex的意义
3.代码验证
三.POSIX信号量
1.概念
2.常见接口以及使用
四.条件变量vsPOSIX信号量 一.线程同步
1.什么是线程同步
同步: 在保证数据安全的情况下, 让线程能按照某种特定顺序访问临界资源, 从而有效避免饥饿问题, 主要为了解决访问临界资源合理性问题
其中, 按照某种特定顺序访问临界资源, 实际上操作系统的调度队列自动帮助我们维护的, 对于我们而言是透明的, 因为如果有线程在等待资源, 那么一定是一个个的被挂起, 自然就有了顺序性
2.为什么需要线程同步
情景一: 假设有某个线程竞争能力比较强, 就会导致其他线程迟迟访问不到临界资源, 造成饥饿问题
情景二: 线程在使用临界资源前必须要检测临界资源是否就绪, 检测这一过程本质上也是访问临界资源, 那么就需要互斥的访问(加锁解锁), 如果临界资源没有准备就绪, 线程就会不断地检测, 即不断地互斥访问, 也就是在不断加锁解锁, 频繁做无效的加锁解锁工作, 是一种极大的资源浪费
情景三: 生活中的例子, 当我们要去商店买东西时, 总是要问一下是否还有货, 如果没有就要改天再来, 那么我们不可能每次问的时候都在亲自跑到商店去问, 而是在第一次问的时候就留好了联系方式, 如果有货的话老板会联系我来拿, 这本质上就是资源已就绪, 老板唤醒了我这个等待中的线程, 让我来访问
3.如何实现线程同步
线程同步的本质上就是: 对临界资源做检查, 如果资源不就绪就等待, 资源一但就绪就将等待中的线程唤醒, 从而高效有序的进行访问, 避免不必要的锁资源浪费以及饥饿问题
对临界资源检查, 本质也是在访问临界资源, 所以也要互斥进行(信号量不需要, 后续会解释)
如果通过编码的方式实现线程同步: 1.条件变量 2.POSIX信号量 二.条件变量
本质上条件变量就是一个等待-唤醒的过程
1.常见接口以及使用
需要包头文件pthread.h
类型: pthread_cond_t 定义方式:
与pthread_mutex_t的定义方式一样 (互斥量mutex详解, 传送入口: http://t.csdn.cn/ikHAk) 定义为全局 or 定义为静态: pthread_cond_t cond PTHREAD_COND_INITIALIZER; 定义为局部: int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr); int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond); 使用方式: 等待 int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex); 唤醒 int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond); (广播, 唤醒全部正在等待线程) int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond); (只唤醒一个) 2.wiat/signal中的第二个参数mutex的意义
对临界资源检查, 本质也是在访问临界资源, 所以也要互斥进行
在使用上, 一定是 pthread_mutex_lock(mutex); pthread_cond_wait(cond, mutex); pthread_mutex_unlock(mutex); ------------------------------------------------- 唤醒pthread_cond_signal(cond);是否互斥进行看具体场景 在wait接口传入锁地址的意义: 如果一个持有锁的线程挂起等待了, 它是持有锁等待的, 会导致其他线程申请不到锁 所以pthread_cond_wait接口的内部实现, 是先解锁, 等到被唤醒的时候再加锁, 这样的一个设计 所以就需要传入mutex地址 3.代码验证
#include iostream
#include pthread.h
#include string
#include unistd.hconst static size_t THREAD_NUM 3;typedef void (*func_t)(const std::string , pthread_mutex_t *, pthread_cond_t *);volatile bool quit false;struct ThreadData
{ThreadData(const std::string name, func_t func, pthread_mutex_t *mutex, pthread_cond_t *cond): _name(name), _func(func), _mutex(mutex), _cond(cond){}std::string _name;func_t _func;pthread_mutex_t *_mutex;pthread_cond_t *_cond;
};void func1(const std::string info, pthread_mutex_t *mutex, pthread_cond_t *cond)
{while (!quit){pthread_mutex_lock(mutex);pthread_cond_wait(cond, mutex);if (!quit)std::cout info - func1 std::endl;pthread_mutex_unlock(mutex);// sleep(1);}
}void func2(const std::string info, pthread_mutex_t *mutex, pthread_cond_t *cond)
{while (!quit){pthread_mutex_lock(mutex);pthread_cond_wait(cond, mutex);if (!quit)std::cout info - func2 std::endl;pthread_mutex_unlock(mutex);// sleep(1);}
}void func3(const std::string info, pthread_mutex_t *mutex, pthread_cond_t *cond)
{while (!quit){pthread_mutex_lock(mutex);pthread_cond_wait(cond, mutex);if (!quit)std::cout info - func3 std::endl;pthread_mutex_unlock(mutex);// sleep(1);}
}void *entry(void *args)
{ThreadData *td (ThreadData *)args;td-_func(td-_name, td-_mutex, td-_cond);delete td;return nullptr;
}int main()
{pthread_t t[THREAD_NUM];func_t funcArr[THREAD_NUM] {func1, func2, func3};pthread_mutex_t mutex;pthread_cond_t cond;pthread_mutex_init(mutex, nullptr);pthread_cond_init(cond, nullptr);// 创建线程// 让这些线程分别执行自己的函数for (size_t i 0; i THREAD_NUM; i){std::string str thread ;str std::to_string(i 1);ThreadData *td new ThreadData(str, funcArr[i], mutex, cond);pthread_create(t i, nullptr, entry, (void *)td);}std::cout 3秒后, 随机单独唤醒10次, 每次一秒 std::endl;sleep(3);size_t count 10;for (size_t i 0; i count; i){std::cout 正在唤醒中... std::endl;// pthread_cond_signal(cond);pthread_cond_broadcast(cond);sleep(1);}std::cout 测试结束 std::endl;quit true;// 最后广播一次, 将所有线程再唤醒一次判断结束pthread_cond_broadcast(cond);// 回收线程for (size_t i 0; i THREAD_NUM; i){pthread_join(t[i], nullptr);std::cout 线程: i 1 已被回收 std::endl;}pthread_mutex_destroy(mutex);pthread_cond_destroy(cond);return 0;
} 三.POSIX信号量
1.概念
POSIX信号量和System V信号量作用相同, 都是用于同步的访问共享资源的; 不同的是, POSIX可以用于线程同步
POSIX信号量的本质: 就是一个具有原子性的计数器, 其原子性由库给我们提供好了
对应的两套操作: P操作 - 本质上是申请, 计数器-- V操作 - 本质上是释放, 计数器 本质上POSIX信号量更像是一种对资源的预定机制
2.常见接口以及使用
需要包头文件semaphore.h
类型: sem_t 定义方式: int sem_init(sem_t* sem, int pshared, unsigned int value); int sem_destory(sem_t* sem); 参数解释: pshared: 0表示线程间共享, 非0表示进程间共享 value: 信号量初始值 使用方式: P操作 int sem_wait(sem_t* sem); V操作 int sem_post(sem_t* sem); 四.条件变量vsPOSIX信号量
实现线程同步可以有很多种方式
其中1.条件变量 2.POSIX信号量
那么什么时候用条件变量?什么时候用POSIX信号量呢?
实际上, 条件变量更倾向于不知道临界资源具体有多少, 如果临界资源不够了, 通过统一等待的方式来等待临界资源就绪; 而POSIX信号量, 是一种对临界资源的预定机制, 需要明确知道还有多少临界资源可供分配, 才能对计数器做具体的-- or 操作, 即PV操作
