linux之线程同步

news2024/11/13 19:04:57

1. 互斥锁

定义锁：
pthread_mutex_t  

初始化锁函数：
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t* mutex,pthread_mutexattr_t* attr);       
第一个参数是定义的互斥锁的地址，第二个参数是锁的属性，一般传NULL
互斥锁的属性在创建锁的时候指定，
有四个值可供选择：
* PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP，这是缺省值，也就是普通锁。当一个线程加锁以后，其余请求锁的线程将形成一个等待队列，并在解锁后按优先级获得锁。这种锁策略保证了资源分配的公平性。
* PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE_NP，嵌套锁，允许同一个线程对同一个锁成功获得多次，并通过多次unlock解锁。如果是不同线程请求，则在加锁线程解锁时重新竞争。
* PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK_NP，检错锁，如果同一个线程请求同一个锁，则返回EDEADLK，否则与PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP类型动作相同。这样保证当不允许多次加锁时不出现最简单情况下的死锁
* PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP，适应锁，动作最简单的锁类型，仅等待解锁后重新竞争
也可以使用pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

加锁函数：
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t* mutex); //加锁失败就会阻塞或 
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t* mutex); //尝试加锁，成功返回0，失败则会返回错误码，不阻塞

解锁函数：
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t* mutex); 

销毁锁函数：
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t* mutex);

2. 数据库连接池

server

#include "/freecplus/_freecplus.h"
#include "/freecplus/db/oracle/_ooci.h"
/*将socket发来的数据存入数据库*/

pthread_mutex_t mutexs[100];  // 用于数据库连接池的锁。
connection conns[100];  // 数据库连接池。
bool initconns();  // 初始化数据库连接池。
connection* getconn(); // 从连接池中获取一个数据库连接。
void freeconn(connection* in_conn); // 释放数据库连接。
void freeconns(); // 释放数据库连接池。
void* pthmain(void* arg);
CTcpServer TcpServer;   // 创建服务端对象。
std::vector<long> vpthid;    // 存放线程id的容器。
void mainexit(int sig);  // 信号2和15的处理函数。

// 线程清理函数。
void pthmainexit(void* arg);

CLogFile logfile;

int main(int argc, char* argv[])
{
	signal(2, mainexit);  
	signal(15, mainexit);  // 捕获信号2和15

	logfile.Open("/tmp/serverdb.log", "a+");

	if (TcpServer.InitServer(5858) == false) // 初始化TcpServer的通信端口。
	{
		logfile.Write("TcpServer.InitServer(5858) failed.\n"); return -1;
	}


	if (initconns() == false)  // 初始化数据库连接池。
	{
		logfile.Write("initconns() failed.\n"); return -1;
	}

	while (true)
	{
		if (TcpServer.Accept() == false)   // 等待客户端连接。
		{
			logfile.Write("TcpServer.Accept() failed.\n"); return -1;

		}

		logfile.Write("客户端(%s)已连接。\n", TcpServer.GetIP());

		pthread_t pthid;

		if (pthread_create(&pthid, NULL, pthmain, (void*)(long)TcpServer.m_connfd) != 0)
		{
			logfile.Write("pthread_create failed.\n"); return -1;
		}
		vpthid.push_back(pthid);   // 把线程id保存到vpthid容器中。
	}

	return 0;
}

void* pthmain(void* arg)
{
	pthread_cleanup_push(pthmainexit, arg);  // 设置线程清理函数。

	pthread_detach(pthread_self());  // 分离线程。

	pthread_setcanceltype(PTHREAD_CANCEL_DISABLE, NULL);  // 设置取消方式为立即取消。

	int sockfd = (int)(long)arg;  // 与客户端的socket连接。

	int ibuflen = 0;
	char strbuffer[1024];  // 存放数据的缓冲区。

	while (true)
	{
		memset(strbuffer, 0, sizeof(strbuffer));
		if (TcpRead(sockfd, strbuffer, &ibuflen, 300) == false) break; // 接收客户端发过来的请求报文。
		logfile.Write("接收：%s\n", strbuffer);
		connection* conn = getconn();  // 获取一个数据库连接。

		// 处理业务
		sleep(2);
		freeconn(conn);  // 释放一个数据库连接。
		strcat(strbuffer, "ok");      // 在客户端的报文后加上"ok"。

		logfile.Write("发送：%s\n", strbuffer);

		if (TcpWrite(sockfd, strbuffer) == false) break;     // 向客户端回应报文。
	}
	logfile.Write("客户端已断开。\n");    // 程序直接退出，析构函数会释放资源。

	pthread_cleanup_pop(1);
	pthread_exit(0);
}

// 信号2和15的处理函数。
void mainexit(int sig)
{
	logfile.Write("mainexit begin.\n");
	// 关闭监听的socket。
	TcpServer.CloseListen();

	// 取消全部的线程。
	for (int ii = 0; ii < vpthid.size(); ii++)
	{
		logfile.Write("cancel %ld\n", vpthid[ii]);
		pthread_cancel(vpthid[ii]);
	}

	// 释放数据库连接池。
	freeconns();
	logfile.Write("mainexit end.\n");

	exit(0);
}


// 线程清理函数。
void pthmainexit(void* arg)
{
	logfile.Write("pthmainexit begin.\n");
	// 关闭与客户端的socket。
	close((int)(long)arg);

	// 从vpthid中删除本线程的id。
	for (int ii = 0; ii < vpthid.size(); ii++)
	{
		if (vpthid[ii] == pthread_self())

		{

			vpthid.erase(vpthid.begin() + ii);

		}

	}

	logfile.Write("pthmainexit end.\n");
}


// 初始化数据库连接池。
bool initconns()
{
	for (int ii = 0; ii < 10; ii++)
	{
		if (conns[ii].connecttodb("scott/tiger", "Simplified Chinese_China.ZHS16GBK") != 0)
		{
			logfile.Write("connect database failed.\n%s\n", conns[ii].m_cda.message); return false;
		}
	}

	for (int ii = 0; ii < 10; ii++) pthread_mutex_init(&mutexs[ii], NULL);

	return true;
}



// 从连接池中获取一个数据库连接。
connection* getconn()
{
	for (int ii = 0; ii < 10; ii++)
	{
		if (pthread_mutex_trylock(&mutexs[ii]) == 0)
		{
			logfile.Write("get a conn[%d] ok.\n", ii);
			return &conns[ii];
		}

	}
    /*没有获取到连接  新建连接*/
	return NULL;
}


// 释放数据库连接。
void freeconn(connection* in_conn)
{

	for (int ii = 0; ii < 10; ii++)
	{
		if (in_conn == &conns[ii]) pthread_mutex_unlock(&mutexs[ii]);
	}
}



// 释放数据库连接池。
void freeconns()
{
	for (int ii = 0; ii < 10; ii++)
	{
		conns[ii].disconnect(); pthread_mutex_destroy(&mutexs[ii]);
	}
}

client.cpp

#include "_freecplus.h"

int main(int argc, char* argv[])
{
	printf("pid=%d\n", getpid());

	CTcpClient TcpClient;   // 创建客户端的对象。

	if (TcpClient.ConnectToServer("172.21.0.3", 5858) == false) // 向服务端发起连接请求。
	{
		printf("TcpClient.ConnectToServer(\"172.21.0.3\",5858) failed.\n"); return -1;
	}

	char strbuffer[1024];    // 存放数据的缓冲区。

	for (int ii = 0; ii < 50; ii++)   // 利用循环，与服务端进行5次交互。
	{
		memset(strbuffer, 0, sizeof(strbuffer));
		snprintf(strbuffer, 50, "(%d)这是第%d个超级女生，编号%03d。", getpid(), ii + 1, ii + 1);
		printf("发送：%s\n", strbuffer);
		if (TcpClient.Write(strbuffer) == false) break;    // 向服务端发送请求报文。

		memset(strbuffer, 0, sizeof(strbuffer));
		if (TcpClient.Read(strbuffer, 20) == false) break;  // 接收服务端的回应报文。
		printf("接收：%s\n", strbuffer);
		sleep(5);
	}
	// 程序直接退出，析构函数会释放资源。
}

3. 条件变量

3.1 初始化条件变量

初始化条件变量的方式有两种，一种是直接将 PTHREAD_COND_INITIALIZER 赋值给条件变量，例如：

pthread_cond_t myCond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

借助 pthread_cond_init() 函数初始化条件变量，语法格式如下：

int pthread_cond_init(pthread_cond_t * cond, const pthread_condattr_t * attr);

3.2 阻塞当前线程，等待条件成立

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t* cond, pthread_mutex_t* mutex);
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t* cond, pthread_mutex_t* mutex, const struct timespec* abstime);

3.3 解除线程的“阻塞”状态

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t* cond);
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t* cond);

3.4 销毁条件变量

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

pthread_cond_wait发生了什么？

  1. 释放了互斥锁
  2. 等待条件
  3. 条件被触发
  4. 给互斥锁被加锁
#include <pthread.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

pthread_cond_t    myCond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_mutex_t   mut = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void* th1(void* arg)
{
    while(true)
    {   
        pthread_mutex_lock(&mut);
        pthread_cond_wait(&myCond, &mut);//等待条件
        printf("线程一被唤醒\n");
        pthread_mutex_unlock(&mut);
    }
}

void* th2(void* arg)
{
    while(true)
    {
        pthread_mutex_lock(&mut);
        pthread_cond_wait(&myCond, &mut);
        printf("线程二被唤醒\n");
        pthread_mutex_unlock(&mut);
    }
}

void func(int sig)
{
    pthread_cond_signal(&myCond);
    //pthread_cond_broadcast(&myCond);
}

int main()
{
    signal(15, func);

    pthread_t t1,t2;
    pthread_create(&t1, NULL, th1, NULL);
    pthread_create(&t2, NULL, th2, NULL);
    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);
    pthread_cond_destroy(&myCond);
    pthread_mutex_destroy(&mut);

    return 0;
}

4. 生产者消费者模型

生产消费者模型

// 本程序演示用互斥锁和条件变量实现高速缓存
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <string.h>
#include <vector>

using namespace std;

int mesgid = 1;  //消息的计数器
// 缓存消息的结构体。
struct st_message
{
	int  mesgid;
	char message[1024];
} stmesg;

std::vector<struct st_message> vcache;  // 用vector容器做缓存

pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;      // 声名并初始化条件变量
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;   // 声名并初始化互斥锁

// 消费者、出队线程主函数
void* outcache(void* arg)
{
	struct st_message stmesg;

	while (true)
	{		    
		pthread_mutex_lock(&mutex);  // 加锁
		// 如果缓存为空，等待
        // 条件变量虚假唤醒  用if的话会有问题
		while (vcache.size() == 0)
		{
			pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
		}
        // 从缓存中获取第一条记录，然后删除该记录
        memcpy(&stmesg, &vcache[0], sizeof(struct st_message)); // 内存拷贝
		vcache.erase(vcache.begin());
		pthread_mutex_unlock(&mutex);  // 解锁
		// 以下是处理业务的代码
		printf("phid=%ld,mesgid=%d\n", pthread_self(), stmesg.mesgid);
		usleep(100);
	}
}

// 生产者、把生产的数据存入缓存
//void* incache(void* arg)
void incache(int arg)
{
    struct st_message stmesg;
    memset(&stmesg, 0, sizeof(struct st_message));
    stmesg.mesgid = mesgid++;
    pthread_mutex_lock(&mutex);  // 加锁。
    // 生产数据，放入缓存。
    vcache.push_back(stmesg);    // 内存拷贝。
    pthread_mutex_unlock(&mutex); // 解锁
    //pthread_cond_broadcast(&cond);  // 触发条件，激活全部的线程。
    pthread_cond_signal(&cond);
}

int main()
{
	signal(15, incache);  //接收15的信号，调用生产者函数。

	pthread_t thid1, thid2, thid3, thid4;
	pthread_create(&thid1, NULL, outcache, NULL);
	pthread_create(&thid2, NULL, outcache, NULL);
	pthread_create(&thid3, NULL, outcache, NULL);
	pthread_join(thid1, NULL);
	pthread_join(thid2, NULL);
	pthread_join(thid3, NULL);

	return 0;
}

注意

  1. 条件触发要写在解锁之后
    pthread_mutex_unlock(&mutex); // 解锁
    pthread_cond_broadcast(&cond);  // 触发条件，激活全部的线程。
  1. 持有锁的时间越短越好

5. 信号量

信号量是一个整数计数器,其数值可以用于标识空闲临界资源的数量。
当有进程释放资源时,信号量增加,表示可用资源数增加；当有进程申请到资源时，信号量减少，表示可用资源数减少；

  • 1、sem_init
    函数声明：int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
    创建信号量，初始化由sem指向的信号对象，设置它的共享选项，并给它一个初始的整数值；pshared控制信号量的类型，如果值为0，就表示这个信号量是当前进程的局部信号量，在当前进程的多个线程之间共享，否则信号量就可以在多个进程之间共享；value为sem的初始值

    返回值：调用成功时返回0，失败返回-1。

  • 2、sem_wait
    函数声明：int sem_wait(sem_t *sem);
    用于以原子操作的方式将信号量的值减1。sem指向的对象是sem_init调用初始化的信号量

    返回值：调用成功返回0，失败返回-1

  • 3、sem_post
    函数声明：int sem_post(sem_t *sem);
    用于以原子操作的方式将信号量的值加1。sem指向的对象是sem_init调用初始化的信号量。
    返回值：调用成功返回0，失败返回-1

  • 4、sem_destroy
    函数声明：int sem_destroy(sem_t *sem);
    用于对用完的信号量的清理。只有用sem_init初始化的信号量才能用sem_destroy销毁
    返回值：调用成功返回0，失败返回-1。

信号量实现生产者消费者模型

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <string.h>
#include <vector>
#include <semaphore.h>

using namespace std;

int mesgid = 1;  // 消息的记数器。

// 缓存消息的结构体。
struct st_message
{
	int  mesgid;
	char message[1024];
} stmesg;


std::vector<struct st_message> vcache;  // 用vector容器做缓存。

sem_t sem;  // 声明信号量。
pthread_mutex_t mutex;   // 声名并初始化互斥锁。


// 消费者、出队线程主函数。
void* outcache(void* arg)
{
	struct st_message stmesg;

	while (true)
	{
		while (vcache.size() == 0)
		{
			sem_wait(&sem);  // 如果缓存中没有数据，等待信号。
			printf("%ld wait ok.\n", pthread_self());
		}

		pthread_mutex_lock(&mutex);  // 加锁。

		if (vcache.size() == 0) // 判断缓存中是否有数据。
		{
			pthread_mutex_unlock(&mutex);
			continue;  // 解锁，continue
		}

		// 从缓存中获取第一条记录，然后删除该记录。
		memcpy(&stmesg, &vcache[0], sizeof(struct st_message));
		vcache.erase(vcache.begin());
		pthread_mutex_unlock(&mutex);  //解锁

		// 以下是处理业务的代码。
		printf("phid=%ld,mesgid=%d\n", pthread_self(), stmesg.mesgid);
		usleep(100);
	}
}

// 生产者、把生产的数据存入缓存。
void incache(int sig)
{
	struct st_message stmesg;
	memset(&stmesg, 0, sizeof(struct st_message));

	pthread_mutex_lock(&mutex);  // 加锁。

	// 生产数据，放入缓存。
	stmesg.mesgid = mesgid++; vcache.push_back(stmesg);
	stmesg.mesgid = mesgid++; vcache.push_back(stmesg);
	stmesg.mesgid = mesgid++; vcache.push_back(stmesg);
	stmesg.mesgid = mesgid++; vcache.push_back(stmesg);
	stmesg.mesgid = mesgid++; vcache.push_back(stmesg);
	stmesg.mesgid = mesgid++; vcache.push_back(stmesg);

	pthread_mutex_unlock(&mutex); // 解锁。

	sem_post(&sem);  // 信号加1。
	sem_post(&sem);  // 信号加1。
	sem_post(&sem);  // 信号加1。
	sem_post(&sem);  // 信号加1。
	sem_post(&sem);  // 信号加1。
	sem_post(&sem);  // 信号加1。
}

int main()
{
	signal(15, incache);  // 接收15的信号，调用生产者函数。

	sem_init(&sem, 0, 0);  // 初始化信号量。
	pthread_mutex_init(&mutex, NULL); // 初始化互斥锁。

	pthread_t thid1, thid2, thid3;
	pthread_create(&thid1, NULL, outcache, NULL);
	pthread_create(&thid2, NULL, outcache, NULL);
	pthread_create(&thid3, NULL, outcache, NULL);

	pthread_join(thid1, NULL);
	pthread_join(thid2, NULL);
	pthread_join(thid3, NULL);

	return 0;
}

6. 读写锁

互斥锁只有加锁和不加锁两种状态，同一时间只能有一个线程加锁。
读写锁可以有三种状态:读模式下加锁，写模式下加锁和不加锁
读写锁的特点：

  1. 如果某线程申请了读锁，其他线程可以再申请读锁，但不能申请写锁
  2. 如果某线程申请了写锁，其他线程既不能申请读锁，也不能申请写锁
    读写锁适合对数据的读比写次数多的情况。

7. 自旋锁

自旋锁是一种基于忙等待的锁，它在等待锁的过程中不会阻塞线程，而是使用循环不停地检查锁是否可用。如果锁被其他线程占用，当前线程就会一直循环等待，直到锁被释放为止。

自旋锁的优点是等待锁的线程不会被阻塞，因此在锁的占用时间很短的情况下，自旋锁的性能比较高。另外，自旋锁一般比互斥锁的实现更加简单，因为它不需要使用系统调用来挂起和恢复线程。

不过自旋锁也有一些缺点。首先，如果锁的占用时间很长，自旋锁会导致线程一直循环等待，浪费 CPU 资源。其次，自旋锁只适用于单核 CPU 或者多核 CPU 上锁的线程数比较少的情况，因为在多核 CPU 上，如果一个线程一直占用锁，其他线程就会一直循环等待，导致 CPU 资源的浪费和性能下降。

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文章目录 前言一、图像合并模块的设计二、仿真文件 前言 image_stitche_x 模块&#xff1a;将串口接收的尺寸为 400480 大小的彩色图像与灰度化处理后的 400480 大小的图像数据以左右形式合并成一张 800*480 的图像。 提示&#xff1a;以下是本篇文章正文内容&#xff0c;下面…
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AI再度升级，IT业一片哀鸿遍野：程序员真的要失业了吗？

AI再度升级，IT业一片哀鸿遍野：程序员真的要失业了吗？

IT人员真的要失业了吗&#xff1f; 随着各个大厂已经相继传来裁员&#xff0c;降薪&#xff0c;减招的消息和ChatGPT等大型AI模型可以定制化写参考代码&#xff0c;甚至通过外接API直接帮助操作&#xff0c;IT人员似乎越来越不吃香了。 其实&#xff0c;ChatGPT有用的不是取代…
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Diango学习-用户管理系统（简单部门管理、用户管理）

Diango学习-用户管理系统（简单部门管理、用户管理）

目录 1、创建项目和app 1.创建项目 2.创建app 2种创建方式 注册app 2、表结构的创建 Django中的模型字段有很多种&#xff0c;包括但不限于&#xff1a; 设计表结构&#xff08;Django&#xff09; 在models.py文件中创建表&#xff1a;部门表和员工表 加入性别列&…
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FL Studio21.0.3.3517完整试用版

FL Studio21.0.3.3517完整试用版

系统要求 FL STUDIO 可以运行在任何计算机上: 支持 WINDOWS: 7, 8, 10 或者更高版本 支持 MacOS: 10.11 或更高版本 不低于 4GB 的可用硬盘空间 建议最低 4GB 内存或 更高 当然CPU 越强大&#xff0c;也就意味着你运行的音源和效果器越多! FL Studio是一个非常受欢迎的数…
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轻松实现远程访问本地wamp服务器，无公网IP也不怕，「内网穿透」

轻松实现远程访问本地wamp服务器，无公网IP也不怕，「内网穿透」

目录 前言 1.Wamp服务器搭建 1.1 Wamp下载和安装 1.2 Wamp网页测试 2. Cpolar内网穿透的安装和注册 2.1 本地网页发布 2.2 Cpolar云端设置 2.3 Cpolar本地设置 3. 公网访问测试 4. 结语 转载自cpolar极点云的文章&#xff1a;无公网IP&#xff1f;教你在外远程访问本地…
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新零售发展现状剖析

新零售发展现状剖析

“新零售”的商业生态将涵盖网络页面、实体店面、支付终端、数据系统、物流平台和营销路径等诸多方面。 企业通过使用大数据和人工智能等先进技术升级产品的生产、流通和销售流程&#xff0c;重塑商业结构与生态圈&#xff0c;深度融合线上服务、线下体验和现代物流。将物流、…
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Devexpress GridControl 内部调用外面实现的FocusedRowChanged

Devexpress GridControl 内部调用外面实现的FocusedRowChanged

个人需求是网格自带的条件发生改变时&#xff08;网格显示的内容会发生改变&#xff09;&#xff0c;同时需要刷新另一个网格的数据源&#xff0c;而另一个网格的数据源是走的这个网格的行焦点改变事件去刷新&#xff0c;自带的条件发生改变时并不会触发行焦点的改变 当前情况…
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