一个大佬的笔记，比较详细
一、线程概述
1.线程概述
- 与进程（process）类似，线程（thread）是允许应用程序并发执行多个任务的一种机
制。一个进程可以包含多个线程。同一个程序中的所有线程均会独立执行相同程序，且共
享同一份全局内存区域，其中包括初始化数据段、未初始化数据段，以及堆内存段。（传
统意义上的 UNIX 进程只是多线程程序的一个特例，该进程只包含一个线程） - 进程是 CPU 分配资源的最小单位，线程是操作系统调度执行的最小单位。
- 线程是轻量级的进程（LWP：Light Weight Process），在 Linux 环境下线程的本
质仍是进程。 - 查看指定进程的 LWP 号：ps –Lf pid
2.线程和进程区别
- 进程间的信息难以共享。由于除去只读代码段外，父子进程并未共享内存，因此必须采用
一些进程间通信方式，在进程间进行信息交换。 - 调用 fork() 来创建进程的代价相对较高，即便利用写时复制技术，仍然需要复制诸如
内存页表和文件描述符表之类的多种进程属性，这意味着 fork() 调用在时间上的开销
依然不菲。 - 线程之间能够方便、快速地共享信息。只需将数据复制到共享（全局或堆）变量中即可。
- 创建线程比创建进程通常要快 10 倍甚至更多。线程间是共享虚拟地址空间的，无需采
用写时复制来复制内存，也无需复制页表。
3.线程和进程虚拟地址空间
线程的堆空间是共享的，栈空间不是共享的（每个线程都会划分一个独立的栈空间）
4.线程之间共享和非共享资源
- 共享资源
- 进程 ID 和父进程 ID
- 进程组 ID 和会话 ID
- 用户 ID 和 用户组 ID
- 文件描述符表
- 信号处置
- 文件系统的相关信息：文件权限掩码（umask）、当前工作目录
- 虚拟地址空间（除栈、.text）
- 非共享资源
- 线程 ID
- 信号掩码
- 线程特有数据
- error 变量
- 实时调度策略和优先级
- 栈，本地变量和函数的调用链接信息
5.NPTL
- 当 Linux 最初开发时，在内核中并不能真正支持线程。但是它的确可以通过 clone()
系统调用将进程作为可调度的实体。这个调用创建了调用进程（calling process）的
一个拷贝，这个拷贝与调用进程共享相同的地址空间。LinuxThreads 项目使用这个调用
来完成在用户空间模拟对线程的支持。不幸的是，这种方法有一些缺点，尤其是在信号处
理、调度和进程间同步等方面都存在问题。另外，这个线程模型也不符合 POSIX 的要求。 - 要改进 LinuxThreads，需要内核的支持，并且重写线程库。有两个相互竞争的项目开始
来满足这些要求。一个包括 IBM 的开发人员的团队开展了 NGPT（Next-Generation
POSIX Threads）项目。同时，Red Hat 的一些开发人员开展了 NPTL 项目。NGPT
在 2003 年中期被放弃了，把这个领域完全留给了 NPTL。 - NPTL，或称为 Native POSIX Thread Library，是 Linux 线程的一个新实现，它
克服了 LinuxThreads 的缺点，同时也符合 POSIX 的需求。与 LinuxThreads 相
比，它在性能和稳定性方面都提供了重大的改进。 - 查看当前 pthread 库版本：getconf GNU_LIBPTHREAD_VERSION
6.线程操作
- int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg);
- pthread_t pthread_self(void);
- int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);
- void pthread_exit(void *retval);
- int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
- int pthread_detach(pthread_t thread);
- int pthread_cancel(pthread_t thread);
pthread_create.c
main函数执行主线程的代码，callback执行子线程的代码，并且两者会抢占CPU的资源
/*
一般情况下,main函数所在的线程我们称之为主线程（main线程），其余创建的线程
称之为子线程。
程序中默认只有一个进程，fork()函数调用，2进行
程序中默认只有一个线程，pthread_create()函数调用，2个线程。
#include <pthread.h>
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
void *(*start_routine) (void *), void *arg);
- 功能：创建一个子线程
- 参数：
- thread：传出参数，线程创建成功后，子线程的线程ID被写到该变量中。
- attr : 设置线程的属性，一般使用默认值，NULL
- start_routine : 函数指针，这个函数是子线程需要处理的逻辑代码
- arg : 给第三个参数使用，传参
- 返回值：
成功：0
失败：返回错误号。这个错误号和之前errno不太一样。
获取错误号的信息： char * strerror(int errnum);
*/
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
void * callback(void * arg) {
printf("child thread...\n");
printf("arg value: %d\n", *(int *)arg);
return NULL;
}
int main() {
pthread_t tid;
int num = 10;
// 创建一个子线程
int ret = pthread_create(&tid, NULL, callback, (void *)&num);
if(ret != 0) {
char * errstr = strerror(ret);
printf("error : %s\n", errstr);
}
for(int i = 0; i < 5; i++) {
printf("%d\n", i);
}
sleep(1);
return 0; // exit(0);
}
pthread_exit.c
/*
#include <pthread.h>
void pthread_exit(void *retval);
功能：终止一个线程，在哪个线程中调用，就表示终止哪个线程
参数：
retval:需要传递一个指针，作为一个返回值，可以在pthread_join()中获取到。
pthread_t pthread_self(void);
功能：获取当前的线程的线程ID
int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);
功能：比较两个线程ID是否相等
不同的操作系统，pthread_t类型的实现不一样，有的是无符号的长整型，有的
是使用结构体去实现的。
*/
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
void * callback(void * arg) {
printf("child thread id : %ld\n", pthread_self());
return NULL; // pthread_exit(NULL);
}
int main() {
// 创建一个子线程
pthread_t tid;
int ret = pthread_create(&tid, NULL, callback, NULL);
if(ret != 0) {
char * errstr = strerror(ret);
printf("error : %s\n", errstr);
}
// 主线程
for(int i = 0; i < 5; i++) {
printf("%d\n", i);
}
printf("tid : %ld, main thread id : %ld\n", tid ,pthread_self());
// 让主线程退出,当主线程退出时，不会影响其他正常运行的线程。
pthread_exit(NULL);
printf("main thread exit\n");
return 0; // exit(0);
}
pthread_join.c
/*
#include <pthread.h>
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
- 功能：和一个已经终止的线程进行连接
回收子线程的资源
这个函数是阻塞函数，调用一次只能回收一个子线程
一般在主线程中使用
- 参数：
- thread：需要回收的子线程的ID
- retval: 接收子线程退出时的返回值
- 返回值：
0 : 成功
非0 : 失败，返回的错误号
*/
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
int value = 10;
void * callback(void * arg) {
printf("child thread id : %ld\n", pthread_self());
// sleep(3);
// return NULL;
// int value = 10; // 局部变量
pthread_exit((void *)&value); // return (void *)&value;
}
int main() {
// 创建一个子线程
pthread_t tid;
int ret = pthread_create(&tid, NULL, callback, NULL);
if(ret != 0) {
char * errstr = strerror(ret);
printf("error : %s\n", errstr);
}
// 主线程
for(int i = 0; i < 5; i++) {
printf("%d\n", i);
}
printf("tid : %ld, main thread id : %ld\n", tid ,pthread_self());
// 主线程调用pthread_join()回收子线程的资源
int * thread_retval;
ret = pthread_join(tid, (void **)&thread_retval);
if(ret != 0) {
char * errstr = strerror(ret);
printf("error : %s\n", errstr);
}
printf("exit data : %d\n", *thread_retval);
printf("回收子线程资源成功！\n");
// 让主线程退出,当主线程退出时，不会影响其他正常运行的线程。
pthread_exit(NULL);
return 0;
}
pthread_detach.c
/*
#include <pthread.h>
int pthread_detach(pthread_t thread);
- 功能：分离一个线程。被分离的线程在终止的时候，会自动释放资源返回给系统。
1.不能多次分离，会产生不可预料的行为。
2.不能去连接一个已经分离的线程，会报错。
- 参数：需要分离的线程的ID
- 返回值：
成功：0
失败：返回错误号
*/
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
void * callback(void * arg) {
printf("chid thread id : %ld\n", pthread_self());
return NULL;
}
int main() {
// 创建一个子线程
pthread_t tid;
int ret = pthread_create(&tid, NULL, callback, NULL);
if(ret != 0) {
char * errstr = strerror(ret);
printf("error1 : %s\n", errstr);
}
// 输出主线程和子线程的id
printf("tid : %ld, main thread id : %ld\n", tid, pthread_self());
// 设置子线程分离,子线程分离后，子线程结束时对应的资源就不需要主线程释放
ret = pthread_detach(tid);
if(ret != 0) {
char * errstr = strerror(ret);
printf("error2 : %s\n", errstr);
}
// 设置分离后，对分离的子线程进行连接 pthread_join()
// ret = pthread_join(tid, NULL);
// if(ret != 0) {
// char * errstr = strerror(ret);
// printf("error3 : %s\n", errstr);
// }
pthread_exit(NULL);
return 0;
}
pthread_cancel.c
/*
#include <pthread.h>
int pthread_cancel(pthread_t thread);
- 功能：取消线程（让线程终止）
取消某个线程，可以终止某个线程的运行，
但是并不是立马终止，而是当子线程执行到一个取消点，线程才会终止。
取消点：系统规定好的一些系统调用，我们可以粗略的理解为从用户区到内核区的切换，这个位置称之为取消点。
*/
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
void * callback(void * arg) {
printf("chid thread id : %ld\n", pthread_self());
for(int i = 0; i < 5; i++) {
printf("child : %d\n", i);
}
return NULL;
}
int main() {
// 创建一个子线程
pthread_t tid;
int ret = pthread_create(&tid, NULL, callback, NULL);
if(ret != 0) {
char * errstr = strerror(ret);
printf("error1 : %s\n", errstr);
}
// 取消线程
pthread_cancel(tid);
for(int i = 0; i < 5; i++) {
printf("%d\n", i);
}
// 输出主线程和子线程的id
printf("tid : %ld, main thread id : %ld\n", tid, pthread_self());
pthread_exit(NULL);
return 0;
}
7.线程属性
- 线程属性类型 pthread_attr_t
- int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);
- int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);
- int pthread_attr_getdetachstate(const pthread_attr_t *attr, int *detachstate);
- int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate);
pthread_attr.c
/*
int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);
- 初始化线程属性变量
int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);
- 释放线程属性的资源
int pthread_attr_getdetachstate(const pthread_attr_t *attr, int *detachstate);
- 获取线程分离的状态属性
int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate);
- 设置线程分离的状态属性
*/
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
void * callback(void * arg) {
printf("chid thread id : %ld\n", pthread_self());
return NULL;
}
int main() {
// 创建一个线程属性变量
pthread_attr_t attr;
// 初始化属性变量
pthread_attr_init(&attr);
// 设置属性
pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);
// 创建一个子线程
pthread_t tid;
int ret = pthread_create(&tid, &attr, callback, NULL);
if(ret != 0) {
char * errstr = strerror(ret);
printf("error1 : %s\n", errstr);
}
// 获取线程的栈的大小
size_t size;
pthread_attr_getstacksize(&attr, &size);
printf("thread stack size : %ld\n", size);
// 输出主线程和子线程的id
printf("tid : %ld, main thread id : %ld\n", tid, pthread_self());
// 释放线程属性资源
pthread_attr_destroy(&attr);
pthread_exit(NULL);
return 0;
}
二、线程同步【重点】
1.线程概述
◼ 线程的主要优势在于，能够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。
◼ 临界区是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。
2.互斥量（互斥锁）
◼ 为避免线程更新共享变量时出现问题，可以使用互斥量（mutex 是 mutual exclusion
的缩写）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
比如上厕所先锁门，使用完之后打开锁，后面的人才能进去
◼ 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：
selltickets.c
/*
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);
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,阻塞
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;
}
3.互斥量相关操作函数
◼ 互斥量的类型 pthread_mutex_t
◼ int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);
◼ int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
◼ int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
◼ int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
◼ int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
pthread_mutex_trylock 尝试获取锁，如果没有获取到它也不会阻塞，继续向下执行
mutex.c
/*
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;
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
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
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;
}
4.死锁
◼ 有时，一个线程需要同时访问两个或更多不同的共享资源，而每个资源又都由不同的互
斥量管理。当超过一个线程加锁同一组互斥量时，就有可能发生死锁。
◼ 两个或两个以上的进程在执行过程中，因争夺共享资源而造成的一种互相等待的现象，
若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁。
◼ 死锁的几种场景：
忘记释放锁
重复加锁
多线程多锁，抢占锁资源
deadlock.c
- 忘记解锁，只有第一个进来的线程能拿到锁，其他的都拿不到
- 多次拿锁，拿不到
#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
pthread_mutex_t mutex;
void * sellticket(void * arg) {
// 卖票
while(1) {
// 加锁
pthread_mutex_lock(&mutex);
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);
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;
}
deadlock1.c
线程A拿到锁1，线程B拿到锁2；线程A等待B的锁2，线程B等待A的锁1；互相僵持
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
// 创建2个互斥量
pthread_mutex_t mutex1, mutex2;
void * workA(void * arg) {
pthread_mutex_lock(&mutex1);
sleep(1);
pthread_mutex_lock(&mutex2);
printf("workA....\n");
pthread_mutex_unlock(&mutex2);
pthread_mutex_unlock(&mutex1);
return NULL;
}
void * workB(void * arg) {
pthread_mutex_lock(&mutex2);
sleep(1);
pthread_mutex_lock(&mutex1);
printf("workB....\n");
pthread_mutex_unlock(&mutex1);
pthread_mutex_unlock(&mutex2);
return NULL;
}
int main() {
// 初始化互斥量
pthread_mutex_init(&mutex1, NULL);
pthread_mutex_init(&mutex2, NULL);
// 创建2个子线程
pthread_t tid1, tid2;
pthread_create(&tid1, NULL, workA, NULL);
pthread_create(&tid2, NULL, workB, NULL);
// 回收子线程资源
pthread_join(tid1, NULL);
pthread_join(tid2, NULL);
// 释放互斥量资源
pthread_mutex_destroy(&mutex1);
pthread_mutex_destroy(&mutex2);
return 0;
}
5.读写锁
◼ 当有一个线程已经持有互斥锁时，互斥锁将所有试图进入临界区的线程都阻塞住。但是考
虑一种情形，当前持有互斥锁的线程只是要读访问共享资源，而同时有其它几个线程也想
读取这个共享资源，但是由于互斥锁的排它性，所有其它线程都无法获取锁，也就无法读
访问共享资源了，但是实际上多个线程同时读访问共享资源并不会导致问题。
◼ 在对数据的读写操作中，更多的是读操作，写操作较少，例如对数据库数据的读写应用。
为了满足当前能够允许多个读出，但只允许一个写入的需求，线程提供了读写锁来实现。
◼ 读写锁的特点：
如果有其它线程读数据，则允许其它线程执行读操作，但不允许写操作。
如果有其它线程写数据，则其它线程都不允许读、写操作。
写是独占的，写的优先级高。
6.读写锁相关操作函数
◼ 读写锁的类型 pthread_rwlock_t
◼ int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);
◼ int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);
◼ int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
◼ int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
◼ int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
◼ int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
◼ int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
rwlock.c
/*
读写锁的类型 pthread_rwlock_t
int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);
int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);
int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
案例：8个线程操作同一个全局变量。
3个线程不定时写这个全局变量，5个线程不定时的读这个全局变量
*/
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
// 创建一个共享数据
int num = 1;
// pthread_mutex_t mutex;
pthread_rwlock_t rwlock;
void * writeNum(void * arg) {
while(1) {
pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
num++;
printf("++write, tid : %ld, num : %d\n", pthread_self(), num);
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
usleep(100);
}
return NULL;
}
void * readNum(void * arg) {
while(1) {
pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
printf("===read, tid : %ld, num : %d\n", pthread_self(), num);
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
usleep(100);
}
return NULL;
}
int main() {
pthread_rwlock_init(&rwlock, NULL);
// 创建3个写线程，5个读线程
pthread_t wtids[3], rtids[5];
for(int i = 0; i < 3; i++) {
pthread_create(&wtids[i], NULL, writeNum, NULL);
}
for(int i = 0; i < 5; i++) {
pthread_create(&rtids[i], NULL, readNum, NULL);
}
// 设置线程分离
for(int i = 0; i < 3; i++) {
pthread_detach(wtids[i]);
}
for(int i = 0; i < 5; i++) {
pthread_detach(rtids[i]);
}
pthread_exit(NULL);
pthread_rwlock_destroy(&rwlock);
return 0;
}
7.生产者消费者模型
几个问题：
- 这个仓库作为共享资源，如何解决线程安全问题？
- 仓库满了，生产者不需要再消费；仓库空了，消费者等待有了再去消费
prodcust.c
/*
生产者消费者模型（粗略的版本）
*/
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
// 创建一个互斥量
pthread_mutex_t mutex;
struct Node{
int num;
struct Node *next;
};
// 头结点
struct Node * head = NULL;
void * producer(void * arg) {
// 不断的创建新的节点，添加到链表中
while(1) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
struct Node * newNode = (struct Node *)malloc(sizeof(struct Node));
newNode->next = head;
head = newNode;
newNode->num = rand() % 1000;
printf("add node, num : %d, tid : %ld\n", newNode->num, pthread_self());
pthread_mutex_unlock(&mutex);
usleep(100);
}
return NULL;
}
void * customer(void * arg) {
while(1) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
// 保存头结点的指针
struct Node * tmp = head;
// 判断是否有数据
if(head != NULL) {
// 有数据
head = head->next;
printf("del node, num : %d, tid : %ld\n", tmp->num, pthread_self());
free(tmp);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
usleep(100);
} else {
// 没有数据
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
}
return NULL;
}
int main() {
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
// 创建5个生产者线程，和5个消费者线程
pthread_t ptids[5], ctids[5];
for(int i = 0; i < 5; i++) {
pthread_create(&ptids[i], NULL, producer, NULL);
pthread_create(&ctids[i], NULL, customer, NULL);
}
for(int i = 0; i < 5; i++) {
pthread_detach(ptids[i]);
pthread_detach(ctids[i]);
}
while(1) {
sleep(10);
}
pthread_mutex_destroy(&mutex);
pthread_exit(NULL);
return 0;
}
8.条件变量【解决生产者消费者模型】
◼ 条件变量的类型 pthread_cond_t
◼ int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr);
◼ int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
◼ int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex);
◼ int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct timespec *restrict abstime);
◼ int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
◼ int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
cond.c
当仓库没有结点的时候，消费者需要阻塞等待；当生产者产生一个结点的时候，就唤醒一个或多个消费者去消费。
- 关于
pthread_cond_wait，消费者拿了锁，因为没有结点消费而阻塞等待。那么生产者怎么拿到锁去生产呢？（因为这个互斥锁是共享资源） - 解决：当这个函数调用阻塞的时候，会对互斥锁进行解锁，当不阻塞的，继续向下执行，会重新加锁。
/*
条件变量的类型 pthread_cond_t
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr);
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex);
- 等待，调用了该函数，线程会阻塞。
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct timespec *restrict abstime);
- 等待多长时间，调用了这个函数，线程会阻塞，直到指定的时间结束。
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
- 唤醒一个或者多个等待的线程
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
- 唤醒所有的等待的线程
*/
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
// 创建一个互斥量
pthread_mutex_t mutex;
// 创建条件变量
pthread_cond_t cond;
struct Node{
int num;
struct Node *next;
};
// 头结点
struct Node * head = NULL;
void * producer(void * arg) {
// 不断的创建新的节点，添加到链表中
while(1) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
struct Node * newNode = (struct Node *)malloc(sizeof(struct Node));
newNode->next = head;
head = newNode;
newNode->num = rand() % 1000;
printf("add node, num : %d, tid : %ld\n", newNode->num, pthread_self());
// 只要生产了一个，就通知消费者消费
pthread_cond_signal(&cond);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
usleep(100);
}
return NULL;
}
void * customer(void * arg) {
while(1) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
// 保存头结点的指针
struct Node * tmp = head;
// 判断是否有数据
if(head != NULL) {
// 有数据
head = head->next;
printf("del node, num : %d, tid : %ld\n", tmp->num, pthread_self());
free(tmp);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
usleep(100);
} else {
// 没有数据，需要等待
// 当这个函数调用阻塞的时候，会对互斥锁进行解锁，当不阻塞的，继续向下执行，会重新加锁。
pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
}
return NULL;
}
int main() {
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
pthread_cond_init(&cond, NULL);
// 创建5个生产者线程，和5个消费者线程
pthread_t ptids[5], ctids[5];
for(int i = 0; i < 5; i++) {
pthread_create(&ptids[i], NULL, producer, NULL);
pthread_create(&ctids[i], NULL, customer, NULL);
}
for(int i = 0; i < 5; i++) {
pthread_detach(ptids[i]);
pthread_detach(ctids[i]);
}
while(1) {
sleep(10);
}
pthread_mutex_destroy(&mutex);
pthread_cond_destroy(&cond);
pthread_exit(NULL);
return 0;
}
9.信号量【解决生产者消费者模型】
◼ 信号量的类型 sem_t
◼ int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
◼ int sem_destroy(sem_t *sem);
◼ int sem_wait(sem_t *sem);
◼ int sem_trywait(sem_t *sem);
◼ int sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout);
◼ int sem_post(sem_t *sem);
◼ int sem_getvalue(sem_t *sem, int *sval);
semaphore.c
生产者关注的是有几个空域，消费者关注的是几个包子。
比如仓库总数是6，包子数是4的话：生产者关注的是空的2，消费者关注的是4个包子；总数是相等的。
/*
信号量的类型 sem_t
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
- 初始化信号量
- 参数：
- sem : 信号量变量的地址
- pshared : 0 用在线程间 ，非0 用在进程间
- value : 信号量中的值
int sem_destroy(sem_t *sem);
- 释放资源
int sem_wait(sem_t *sem);
- 对信号量加锁，调用一次对信号量的值-1，如果值为0，就阻塞
int sem_trywait(sem_t *sem);
int sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout);
int sem_post(sem_t *sem);
- 对信号量解锁，调用一次对信号量的值+1
int sem_getvalue(sem_t *sem, int *sval);
sem_t psem;//生产者信号量
sem_t csem;//消费者信号量
init(psem, 0, 8);
init(csem, 0, 0);
producer() {
sem_wait(&psem);
sem_post(&csem)
}
customer() {
sem_wait(&csem);
sem_post(&psem)
}
*/
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <semaphore.h>
// 创建一个互斥量
pthread_mutex_t mutex;
// 创建两个信号量
sem_t psem;
sem_t csem;
struct Node{
int num;
struct Node *next;
};
// 头结点
struct Node * head = NULL;
void * producer(void * arg) {
// 不断的创建新的节点，添加到链表中
while(1) {
sem_wait(&psem);
pthread_mutex_lock(&mutex);
struct Node * newNode = (struct Node *)malloc(sizeof(struct Node));
newNode->next = head;
head = newNode;
newNode->num = rand() % 1000;
printf("add node, num : %d, tid : %ld\n", newNode->num, pthread_self());
pthread_mutex_unlock(&mutex);
sem_post(&csem);
}
return NULL;
}
void * customer(void * arg) {
while(1) {
sem_wait(&csem);
pthread_mutex_lock(&mutex);
// 保存头结点的指针
struct Node * tmp = head;
head = head->next;
printf("del node, num : %d, tid : %ld\n", tmp->num, pthread_self());
free(tmp);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
sem_post(&psem);
}
return NULL;
}
int main() {
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
sem_init(&psem, 0, 8); //8
sem_init(&csem, 0, 0); //0
// 创建5个生产者线程，和5个消费者线程
pthread_t ptids[5], ctids[5];
for(int i = 0; i < 5; i++) {
pthread_create(&ptids[i], NULL, producer, NULL);
pthread_create(&ctids[i], NULL, customer, NULL);
}
for(int i = 0; i < 5; i++) {
pthread_detach(ptids[i]);
pthread_detach(ctids[i]);
}
while(1) {
sleep(10);
}
pthread_mutex_destroy(&mutex);
pthread_exit(NULL);
return 0;
}
