linux下多线程编程原以及互锁、条件变量、读写锁、信号等通信机制

本文主要是介绍linux下多线程编程原以及互锁、条件变量、读写锁、信号等通信机制，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！

一、多线程编程

线程简单的说就是让多个函数同时执行，线程间通信是为了让他们有序的运行。

1.1创建一个线程就是执行一个函数。

线程进程

创建 pthread_create() fork() ,vfork()

退出 pthread_exit() exit()

等待 pthread_join() wait(),waitpid()

取消 pthread_cancel() abort()

读取 pthread_self() getpid()

通信机制：互斥锁、条件变量、读写锁、信号无名管道、有名管道、信号、消息队列、

信号量、共享内存

线程与私有数据创建：pthread_key_create()/pthread_key_detele()

读取线程私有数据：pthread_getspecific()/pthread_setspecific()

intpthread_create (pthread_t *__restrict __newthread,//新创建的线程ID

__constpthread_attr_t *__restrict __attr,//线程属性

void*(*__start_routine) (void *),//新创建的线程从start_routine开始执行

void*__restrict __arg)//执行函数的参数,如果需要传入多个参数，需要使用一个包含这些参数的结构体地址。

1.2同步通信机制：互斥锁、条件变量、读写锁

1.2.1互斥锁

初始化互斥锁 pthread_mutex_init()

阻塞申请互斥锁pthread_mutex_lock()

释放互斥锁 pthread_mutex_unlock()

非阻塞申请互斥锁 pthread_mutex_trylock()

销毁互斥锁 pthread_mutex_destroy()

在使用互斥锁之前，要定义一个全局变量互斥锁，pthread_mutex_t lock;

每个线程执行之前要先获得该互斥锁，避免另一个线程也执行。

1.2.2条件变量通信机制: 需和互斥锁一起使用

初始化条件变量 pthread_cond_init()

阻塞等待条件变量 pthread_cond_wait()

通知等待条件的第一个线程pthread_cond_signal()

在指定的时间内阻塞等待条件变量pthread_cond_timewait()

通知等待该条件变量的所有线程 pthread_cond_broadcast()

销毁条件变量状态 pthread_cond_destroy()

在使用条件变量之前，要定义一个该条件变量（全局变量），pthread_mutex_condtion condtion;

pthread_cond_signal()用于唤醒等待出现于条件变量condtion关联条件的第一个线程。

pthread_cond_wait(pthrea_cond_t*_restrict _cond, pthread_mutex_t *_restrict _mutex)阻塞等待条件变量,

1.2.3读写锁通信机制

（1）当前线程读数据，则允许其他线程执行读操作，但不允许写操作；

（2）当前线程写数据，则其他线程读、写操作均不可允许。

初始化读写锁 pthread_rwlock_init()

阻塞申请读锁 pthread_rwlock_rdlock()

非阻塞申请读锁 pthread_rwlock_tryrdlock()

阻塞申请写锁 pthread_rwlock_wrlock()

非阻塞申请写锁 pthread_rwlock_trywrlock()

释放锁 pthread_rwlock_unlock()

销毁锁 pthread_rwlock_destroy()

1.3异步通信机制

1.3.1信号

线程信号管理：pthread_kill(),将信号发送给线程。在线程执行的函数中安装信号，当接受到信号的时候，就开始执行相关的代码。

3、条件变量条件变量用pthread_cond_t数据类型表示。条件变量本身由互斥量保护，所以在改变条件状态前必须锁住互斥量。
条件变量初始化：
第一种，赋值常量PTHREAD_COND_INITIALIZER；第二种，使用pthread_cond_init函数

int pthread_cond_init (pthread_cond_t *__restrict __cond,

   __const pthread_condattr_t *__restrict

   __cond_attr);int pthread_cond_destroy (pthread_cond_t *__cond);

条件等待
使用pthread_cond_wait等待条件为真。

 pthread_cond_wait (pthread_cond_t *__restrict __cond,

   pthread_mutex_t *__restrict __mutex)

这里需要注意的是，调用pthread_cond_wait传递的互斥量已锁定，pthread_cond_wait将调用线程放入等待条件的线程列表，然后释放互斥量，在pthread_cond_wait返回时，再次锁定互斥量。
唤醒线程
pthread_cond_signal唤醒等待该条件的某个线程，pthread_cond_broadcast唤醒等待该条件的所有线程。

int pthread_cond_signal (pthread_cond_t *__cond);

int pthread_cond_broadcast (pthread_cond_t *__cond)

来一个例子，主线程启动4个线程，每个线程有一个参数i（i=生成顺序），无论线程的启动顺序如何，执行顺序只能为，线程0、线程1、线程2、线程3。

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <pthread.h>

#include <unistd.h>

#include <string.h>

#define DEBUG 1

int num=0;

pthread_mutex_t mylock=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

pthread_cond_t qready=PTHREAD_COND_INITIALIZER;

void * thread_func(void *arg)

{

int i=(int)arg;

int ret;

sleep(5-i);//线程睡眠,然最先生成的线程，最后苏醒

pthread_mutex_lock(&mylock);//调用pthread_cond_wait前，必须获得互斥锁

while(i!=num)

{

#ifdef DEBUG

printf("thread %d waiting\n",i);

#endif

ret=pthread_cond_wait(&qready,&mylock);//该函数把线程放入等待条件的线程列表，然后对互斥锁进行解锁，这两部都是原子操作。并且在pthread_cond_wait返回时，互斥量再次锁住。

if(ret==0)

{

#ifdef DEBUG

printf("thread %d wait success\n",i);

#endif

}else

{

#ifdef DEBUG

printf("thread %d wait failed:%s\n",i,strerror(ret));

#endif

}

printf("thread %d is running \n",i);

num++;

pthread_mutex_unlock(&mylock);//解锁

pthread_cond_broadcast(&qready);//唤醒等待该条件的所有线程

return (void *)0;

}

int main(int argc, char** argv) {

int i=0,err;

pthread_t tid[4];

void *tret;

for(;i<4;i++)

{

err=pthread_create(&tid[i],NULL,thread_func,(void *)i);

if(err!=0)

{

printf("thread_create error:%s\n",strerror(err));

exit(-1);

}

for (i = 0; i < 4; i++)

{

err = pthread_join(tid[i], &tret);

if (err != 0)

{

printf("can not join with thread %d:%s\n", i,strerror(err));

exit(-1);

}

return 0;

}

编译线程程序时会警告说线程函数找不到

pthread 库不是Linux系统默认的库，连接时需要使用静态库libpthread.a，所以在使用pthread_create()创建线程，以及调用pthread_atfork()函数建立fork处理程序时，需要链接该库。
问题解决：
在编译中要加-lpthread参数，thread.c为你些的源文件，不要忘了加上头文件#include<pthread.h>