线程--线程同步

同步概念

线程同步概念

数据混乱原因

互斥量

原理

多个线程操作共享区时，每个线程访问时，会加上一把锁，只允许某单个线程对共享区进行操作，操作完之后，再解锁，表示允许其他线程访问

而这个锁就叫互斥锁，这个互斥锁只有一把，各个线程争抢这把锁，谁先拿到锁，谁先有操作共享区的权利

锁的注意事项

1、cpu时间轮片

当线程T1执行写入0的操作的过程中，T1的cpu时间到了，那么就会让出cpu，之后给到T2，但是由于此时共享区还在被锁的状态，所以T2只好阻塞在锁上，等待锁的解锁，之后，过段时间，就会又让出cpu给到T3，T3此时也会阻塞在锁上，然后过段时间，再次让出cpu给T1，T1此时拿着锁，可以操作共享区，所有会继续上次中断的地方继续操作共享区

2、建议锁

假如说，当T3拿到cpu时间之后，并不阻塞在锁上，而是就要强制访问共享区，那么也是可以的，只不过会造成数据混乱而已，所以，互斥锁并不是一个强制的概念，而是一个建议，他的强制性体现在代码逻辑上，而不是底层系统的强制操作，如果T3的代码逻辑中使用了锁，那么T3就无法访问共享区，当然T3也可以不使用锁，直接访问，代码层面也是可以运行的

总结

使用锁来管理线程同步

问题产生

使用两个线程，同时向“公共输出”（共享区）写数据，没有加锁机制

效果：
打印完全随机，各个线程的一帧数据写入都会被其他线程打断、插入其他数据

主要函数

其中，trylock函数，表示会让当前线程尝试加锁，看看能不能加上，加不上了先去做自己的事，过段时间再来尝试，而不是像之前说的“阻塞在锁上”

而五个函数的下面是一个变量，这个变量就是互斥量，就是锁本身，他只有0、1两种取值

大概流程：

init、destory

对于init：
参数一：传入互斥锁的地址，
参数二：互斥锁的属性，如果想使用默认属性，那么就传NULL

其中，对于restrict关键字：
他是用来修饰指针的，

可以说，这个内存就认定了这个指针，注意与指针认定内存有区别(顶层const)

对于顶层const，是站在指针的角度，对于一个指针来说，他只存储某块内存的地址，但是该地址还可以被其他指针所存储和操作
而对于restrict，是站在内存的角度，对于一块内存的操作来说，他只认定那个指针，其他指针无法操作该内存

返回值：成功：0。失败：返回error number

lock、unlock

代码

1、创建互斥锁（全局变量）

2、在主线程创建子线程之前，要将锁初始化完毕

并在最后所有线程结束后销毁互斥锁：

3、在每个线程访问共享区的前后进行加锁和解锁：
子线程：

主线程：

效果：
每个线程的数据被完整的加入到了共享区

注意事项（锁的粒度）

假如说，我们把解锁的操作移到循环步的最后：


可以看到，主线程和子线程都使用加锁和解锁把原来的所有代码包裹起来，这样结构上确实很清晰

但是：


可以看到，最终要么只执行主线程，要么只执行子线程

原因：
由于线程在解锁之后立马就进入下一个循环，使得解锁之后该线程又拿到了锁，所以，就会一直保持一个线程，另一个线程无法拿到锁

所以：

我们的加锁和解锁操作，只在访问共享区的前后，立即执行，锁尽量只包含访问共享区的代码部分
最好在解锁之后，加个sleep

补充：

可以将互斥锁的操作看成整数，
初始化时，值为1，表示当前锁可以被拿取并使用
之后，加锁时，–，那么值变为0，表示已经加锁，锁目前被占用，无法使用，其他线程就无法使用锁，无法访问共享区了
最后，解锁时，++，值变回1，表示再次可以使用

try锁

注意，他有一个点：即加锁失败会直接返回错误号，并且不阻塞
lock如果加锁失败，是会阻塞在锁上等待锁的释放的

死锁

出现原因

图解

对于第一种情况：
反复加锁：
当一个线程去拿某个共享区的锁时，已经拿到了，之后，这个线程再次去lock
那么此时由于第一次这个锁已经被lock了。所以，第二次的lock会失败然后阻塞在锁上等待锁的释放，而能释放锁的线程就是当前阻塞的这个线程，所以，也就导致线程永远无法继续执行了，所以造成死锁

对于第二种情况：
如果有两个共享区，那么每个共享区都有一个锁，如果有一种场景：一个线程必须要拿到两个锁，才能继续向下执行自己的业务
此时，线程1拿到A锁，之后他想去拿B锁，但是，被线程2抢先一步拿到B锁，此时，线程1lock会失败并且阻塞在B锁，而线程2拿到B锁之后去拿A锁，由于A锁被线程1拿到了，所以线程2也会阻塞在A锁，这样，两个线程都在阻塞，且阻塞在一个“正处于阻塞”的线程所掌握的锁上，也就都无法继续向下执行了，造成死锁

读写锁

特性

读锁可以共享，写锁与上面的互斥锁是一样的

图解

1、当所有的锁都是读锁：

遵循读共享的原则，那么此时四个锁都可以加锁成功，共同去读数据

2、假如说两个线程（一个是读、一个是写）同时来加锁：

假如某一时刻，线程1来加读锁，线程2加写锁，那么会优先让写锁加锁成功，注意，此时指的是某一刻，两个线程，同时加锁，这种情况很少出现

3、已经有两个读线程加了读锁，此时来了两个写线程，想要加写锁：

如果已经有两个读线程加了读锁，此时来了两个写线程，想要加写锁，那么注意，上面说的写锁的优先级高，是在r、w锁同时来请求加锁的时刻才会去考虑，现在r以及加上了锁，那么w锁就必须阻塞等待锁被释放，并且是所有的r线程都释放完毕，w锁才能加上

但是，此时有两把w锁，写锁是不会共享的，所以只能有一个线程加上w锁，这个就要争抢了，一旦一个加上了w锁，另一个w线程就要继续阻塞等待，这就是“写独占”

4、线程1已经加上了r锁，此时，同时来了两个w锁和一个r锁：

线程1已经加上了r锁，此时，同时来了两个w锁和一个r锁，这个时候，r锁是不能直接加锁的，虽然读锁共享，但是要先遵循“写锁优先”。对于同时来的情况，只有w锁处理完了。才会去处理r锁，所以，此时T3会等待T2、T4加锁解锁之后，才能去加锁，T2、T4也要先等待T1把锁释放了才能去加锁

函数

总览

其中，初始化锁、销毁锁、解锁操作都是一个（解锁是一个，是因为只有一个锁，不管指定是读锁还是写锁，都是同一把锁）

而加锁、和try锁，都是两个，因为这里涉及到是指定写锁还是读锁

init、destroy

rdlock、tryrdlock

wrlock、trywrlock

unlock

代码

效果：

可以看到，read线程占比较多，这也是读写锁的优势，r更多

条件变量

二级目录

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信号量

二级目录

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