并发程序设计--D8D9锁和条件变量

2024-01-09 23:12
文章标签 设计 条件 变量 并发程序 d8d9

本文主要是介绍并发程序设计--D8D9锁和条件变量，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

临界资源概念：

不能同时访问的资源，比如写文件，只能由一个线程写，同时写会写乱。

比如外设打印机，打印的时候只能由一个程序使用。

外设基本上都是不能共享的资源。

生活中比如卫生间，同一时间只能由一个人使用。

必要性： 临界资源不可以共享

man手册找不到 pthread_mutex_xxxxxxx （提示No manual entry for pthread_mutex_xxx）的解决方法：

    apt-get install manpages-posix-dev

互斥锁的创建和销毁

两种方法创建互斥锁，静态方式和动态方式

动态方式：

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex,const pthread_mutexattr_t *restrict attr);

其中mutexattr用于指定互斥锁属性，如果为NULL则使用缺省属性。

静态方式：

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

锁的销毁：

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex)

在Linux中，互斥锁并不占用任何资源，因此LinuxThreads中的 pthread_mutex_destroy()除了检查锁状态以外（锁定状态则返回EBUSY）没有其他动作。

互斥锁的使用：

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex)

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex)

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex)

vim 设置代码全文格式化：gg=G

 实现两个线程同时往一个文件中写内容

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;FILE *fp;
void *func2(void *arg){pthread_detach(pthread_self());printf("This func2 thread\n");char str[]="I write func2 line\n";char c;int i=0;while(1){pthread_mutex_lock(&mutex);while(i<strlen(str)){c = str[i];fputc(c,fp);usleep(1);//休息1微秒i++;}pthread_mutex_unlock(&mutex);i=0;usleep(1);}pthread_exit("func2 exit");}void *func(void *arg){pthread_detach(pthread_self());printf("This is func1 thread\n");char str[]="You read func1 thread\n";char c;int i=0;while(1){pthread_mutex_lock(&mutex);while(i<strlen(str)){c = str[i];fputc(c,fp);i++;usleep(1);}pthread_mutex_unlock(&mutex);i=0;usleep(1);}pthread_exit("func1 exit");
}int main(){pthread_t tid,tid2;void *retv;int i;fp = fopen("1.txt","a+");if(fp==NULL){perror("fopen");return 0;}pthread_create(&tid,NULL,func,NULL);pthread_create(&tid2,NULL,func2,NULL);while(1){    sleep(1);} }

读写锁

必要性：提高线程执行效率

特性：

写者：写者使用写锁，如果当前没有读者，也没有其他写者，写者立即获得写锁；否则写者将等待，直到没有读者和写者。

读者：读者使用读锁，如果当前没有写者，读者立即获得读锁；否则读者等待，直到没有写者。

注意：

同一时刻只有一个线程可以获得写锁，同一时刻可以有多个线程获得读锁。

读写锁处于写锁状态时，所有试图对读写锁加锁的线程，不管是读者试图加读锁，还是写者试图加写锁，都会被阻塞。

读写锁处于读锁状态时，有写者试图加写锁时，之后的其他线程的读锁请求会被阻塞，以避免写者长时间的不写锁

初始化一个读写锁   pthread_rwlock_init

读锁定读写锁       pthread_rwlock_rdlock

非阻塞读锁定　　   pthread_rwlock_tryrdlock

写锁定读写锁      pthread_rwlock_wrlock

非阻塞写锁定      pthread_rwlock_trywrlock

解锁读写锁         pthread_rwlock_unlock

释放读写锁         pthread_rwlock_destroy

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>pthread_rwlock_t rwlock;FILE *fp;
void * read_func(void *arg){pthread_detach(pthread_self());printf("read thread\n");char buf[32]={0};while(1){//rewind(fp);pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);while(fgets(buf,32,fp)!=NULL){printf("%d,rd=%s\n",(int)arg,buf);usleep(1000);}pthread_rwlock_unlock(&rwlock);sleep(1);}}void *func2(void *arg){pthread_detach(pthread_self());printf("This func2 thread\n");char str[]="I write func2 line\n";char c;int i=0;while(1){pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);while(i<strlen(str)){c = str[i];fputc(c,fp);usleep(1);i++;}pthread_rwlock_unlock(&rwlock);i=0;usleep(1);}pthread_exit("func2 exit");}void *func(void *arg){pthread_detach(pthread_self());printf("This is func1 thread\n");char str[]="You read func1 thread\n";char c;int i=0;while(1){pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);while(i<strlen(str)){c = str[i];fputc(c,fp);i++;usleep(1);}pthread_rwlock_unlock(&rwlock);i=0;usleep(1);}pthread_exit("func1 exit");
}int main(){pthread_t tid1,tid2,tid3,tid4;void *retv;int i;fp = fopen("1.txt","a+");if(fp==NULL){perror("fopen");return 0;}pthread_rwlock_init(&rwlock,NULL);pthread_create(&tid1,NULL,read_func,1);pthread_create(&tid2,NULL,read_func,2);pthread_create(&tid3,NULL,func,NULL);pthread_create(&tid4,NULL,func2,NULL);while(1){    sleep(1);} }

死锁

概念：

避免方法：

  1. 锁越少越好，最好使用一把锁
  2. 调整好锁的顺序

条件变量

应用场景：生产者消费者问题，是线程同步的一种手段。

必要性：为了实现等待某个资源，让线程休眠。提高运行效率

资源非共享、资源不是随时随地就有，需要等待

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond,

           pthread_mutex_t *restrict mutex);//等待资源

int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond,

           pthread_mutex_t *restrict mutex,

           const struct timespec *restrict abstime);//等待一定时间超时退出

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);//放出信号，有资源了

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);

使用步骤：

初始化：

静态初始化（条件变量和互斥量必须结合使用）

pthread_cond_t   cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;      //初始化条件变量

pthread_mutex_t  mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;  //初始化互斥量

或使用动态初始化

pthread_cond_init(&cond);

生产资源线程：

pthread_mutex_lock(&mutex);

开始产生资源

pthread_cond_sigal(&cond);    //通知一个消费线程

或者

pthread_cond_broadcast(&cond); //广播通知多个消费线程

pthread_mutex_unlock(&mutex);

消费者线程：

pthread_mutex_lock(&mutex);

while （如果没有资源）{   //防止惊群效应

pthread_cond_wait(&cond, &mutex);

}

有资源了，消费资源

pthread_mutex_unlock(&mutex);  

注意：

1 pthread_cond_wait(&cond, &mutex)，在没有资源等待是是先unlock 休眠，等资源到了，再lock

所以pthread_cond_wait 和 pthread_mutex_lock 必须配对使用。

2  如果pthread_cond_signal或者pthread_cond_broadcast 早于 pthread_cond_wait ，则有可能会丢失信号。

3 pthead_cond_broadcast 信号会被多个线程收到，这叫线程的惊群效应。所以需要加上判断条件while循环。

#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>pthread_cond_t  hasTaxi=PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_mutex_t lock  = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;struct taxi{struct taxi *next;int num;};struct taxi *Head=NULL;void *taxiarv(void *arg){printf("taxi arrived thread\n");pthread_detach(pthread_self());struct taxi *tx;int i=1;while(1){tx = malloc(sizeof(struct taxi));tx->num = i++;printf("taxi %d comming\n",tx->num);pthread_mutex_lock(&lock);tx->next = Head;Head = tx;pthread_cond_signal(&hasTaxi);//pthread_cond_broadcast(&hasTaxi);pthread_mutex_unlock(&lock);sleep(1);}pthread_exit(0);
}void *takeTaxi(void *arg){printf("take taxi thread\n");pthread_detach(pthread_self());struct taxi *tx;while(1){pthread_mutex_lock(&lock);while(Head==NULL){pthread_cond_wait(&hasTaxi,&lock);}tx = Head;Head=tx->next;printf("%d,Take taxi %d\n",(int)arg,tx->num);free(tx);pthread_mutex_unlock(&lock);}pthread_exit(0);
}int main(){pthread_t tid1,tid2,tid3;pthread_create(&tid1,NULL,taxiarv,NULL);
//    sleep(5);pthread_create(&tid2,NULL,takeTaxi,(void*)1);pthread_create(&tid2,NULL,takeTaxi,(void*)2);pthread_create(&tid2,NULL,takeTaxi,(void*)3);while(1) {sleep(1);}}

这篇关于并发程序设计--D8D9锁和条件变量的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/588750。

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