Linux系统中多线程的奥秘：互斥、锁、同步与条件变量

2023-11-26 18:10:30

线程ID与LWP

在Linux系统中，每个线程都有一个唯一的线程ID，由内核分配。这个线程ID与内核中的轻量级进程（LWP）不是一回事。LWP是内核用来管理线程的实体，而线程ID只是LWP的一个标识符。

互斥与锁

互斥量（mutex）是一种用于保护共享资源的机制。它确保一次只有一个线程可以访问共享资源，从而防止数据竞争和损坏。在Linux系统中，互斥量可以使用pthread_mutex_lock()和pthread_mutex_unlock()函数来操作。

同步

同步是确保多个线程以正确顺序执行的一种机制。在Linux系统中，可以使用条件变量（condition variable）来实现同步。条件变量允许一个线程等待另一个线程完成某个任务，然后继续执行。条件变量可以使用pthread_cond_wait()和pthread_cond_signal()函数来操作。

实例：使用互斥、锁、同步和条件变量来保护共享资源

现在，让我们通过一个简单的例子来演示如何使用互斥、锁、同步和条件变量来保护共享资源。在这个例子中，我们将创建一个共享资源，并使用互斥量来保护它。我们还将创建一个线程来访问共享资源，并使用条件变量来同步访问。

#include <pthread.h>

// 定义共享资源
int shared_resource = 0;

// 定义互斥量
pthread_mutex_t mutex;

// 定义条件变量
pthread_cond_t cond;

// 线程函数
void *thread_function(void *arg) {
  // 等待互斥量可用
  pthread_mutex_lock(&mutex);

  // 检查共享资源是否可用
  while (shared_resource == 0) {
    // 如果共享资源不可用，则等待条件变量
    pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
  }

  // 共享资源可用，则使用它
  shared_resource--;

  // 信号条件变量，通知其他线程共享资源可用
  pthread_cond_signal(&cond);

  // 释放互斥量
  pthread_mutex_unlock(&mutex);

  return NULL;
}

int main() {
  // 初始化互斥量和条件变量
  pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
  pthread_cond_init(&cond, NULL);

  // 创建线程
  pthread_t thread;
  pthread_create(&thread, NULL, thread_function, NULL);

  // 等待线程完成
  pthread_join(thread, NULL);

  // 销毁互斥量和条件变量
  pthread_mutex_destroy(&mutex);
  pthread_cond_destroy(&cond);

  return 0;
}

在这个例子中，线程函数使用pthread_mutex_lock()函数来获取互斥量，然后检查共享资源是否可用。如果共享资源不可用，则使用pthread_cond_wait()函数来等待条件变量。当共享资源可用时，线程函数使用它，然后使用pthread_cond_signal()函数来通知其他线程共享资源可用。最后，线程函数使用pthread_mutex_unlock()函数来释放互斥量。