线程同步
A. mutex (互斥量)多个线程同时访问共享数据时可能会冲突,这跟前面讲信号时所说的可重要性是同样的问题。假如 两个线程都要把某个全局变量增加1,这个操作在某平台需要三条指令完成:1. 从内存读变量值到寄存器2. 寄存器的值加13. 将寄存器的值写回内存
我们通过一个简单的程序观察这一现象。上图所描述的现象从理论上是存在这种可能的,但实际运行程序时很难观察到,为了使现象更容易观察到,我们把上述三条指令做的事情用更多条指令来做:
我们在“读取变量的值”和“把变量的新值保存回去”这两步操作之间插入一个printf调用,它会执 行write系统调用进内核,为内核调度别的线程执行提供了一个很好的时机。我们在这个循环中重 复上述操作几千次,就会观察到访问冲突的现象。
代码：
#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<pthread.h>#define NLOOP 5000static int g_val = 0;void *read_write_mem(void* arg){int i=0, _count=0 ;for(; i<NLOOP; ++i){_count = g_val;printf("pthread is run,: %u, g_val is: %d\n",(unsigned long)pthread_self(),g_val);g_val = _count + 1;}return NULL;}int main(){pthread_t id1,id2;pthread_create(&id1, NULL, read_write_mem, "thread1 run…");pthread_create(&id2, NULL, read_write_mem, "thread2 run…");pthread_join(id1, NULL);pthread_join(id2, NULL);printf("final g_val is : %d\n",g_val);return 0;}我们创建两个线程,各自把g_val增加5000次,正常情况下最后g_val应该等于10000,但事实上每次运行该程序的结果都不一样,有时候数到5000多,有时候数到6000多。
运行结果：
对于多线程的程序,访问冲突的问题是很普遍的,解决的办法是引入互斥锁(Mutex,MutualExclusive Lock),获得锁的线程可以完成“读-修改-写”的操作,然后释放锁给其它线程,没有获得锁的线程只能等待而不能访问共享数据,这样“读-修改-写”三步操作组成一个原子操作,要么都执行,要么都不执行,不会执行到中间被打断,也不会在其它处理器上并行做这个操作。
Mutex:pthread_mutex_t类型的变量表示,可以这样初始化和销毁:
SYNOPSIS:
#include<pthread.h>
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_init函数对Mutex做初始化,参数attr设定Mutex的属性,如果attr为NULL则表示缺省属性,本章不详细介绍Mutex属性,感兴趣的读者可以参考[APUE2e]。
用pthread_mutex_init函 数初始化的Mutex可以用pthread_mutex_destroy销毁。如果Mutex变量是静态分配的(全局变量 或static变量),
也可以用宏定义PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER来初始化,相当于 用pthread_mutex_init初始化并且attr参数为NULL。Mutex的加锁和解锁操作可以用下列函数：
SYNOPSIS:
#include<pthread.h>
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
intpthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
intpthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
返回值：成功返回0，失败返回错误号。
一个线程可以调用pthread_mutex_lock获得Mutex,如果这时另一个线程已经调用pthread_mutex_lock获得了该Mutex,则当前线程需要挂起等待,直到另一个线程调用pthread_mutex_unlock释放Mutex,当前线程被唤醒,才能获得该Mutex并继续执行。如果一个线程既想获得锁,又不想挂起等待,可以调用pthread_mutex_trylock,如果Mutex已经被 另一个线程获得,这个函数会失败返回EBUSY,而不会使线程挂起等待。好，解决上面的问题！
代码：
#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<pthread.h>#define NLOOP 5000static int g_val = 0;static pthread_mutex_t mutex_lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;void *read_write_mem(void* arg){int i=0, _count=0 ;for(; i<NLOOP; ++i){pthread_mutex_lock(&mutex_lock);_count = g_val;printf("pthread is run,: %u, g_val is: %d\n",(unsigned long)pthread_self(),g_val);g_val = _count + 1;pthread_mutex_unlock(&mutex_lock);}return NULL;}int main(){pthread_t id1,id2;pthread_create(&id1, NULL, read_write_mem, "thread1 run…");pthread_create(&id2, NULL, read_write_mem, "thread2 run…");pthread_join(id1, NULL);pthread_join(id2, NULL);printf("final g_val is : %d\n",g_val);return 0;}运行结果：
冬天已经到来，春天还会远吗?
