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Linux C线程同步的三种方法

發布時間:2025/3/15 linux 35 豆豆
生活随笔 收集整理的這篇文章主要介紹了 Linux C线程同步的三种方法 小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.
void* thr_fn1() {printf ("111111"); }int main() {int err;pthread_t tid;void *tret;err = pthread_create(&tid, NULL, thr_fn1, NULL);if (err != 0).........錯誤err = pthread_join(tid, &tret);if (err != 0).........錯誤exit(0); }

帶返回值

#include <stdio.h> #include <pthread.h> #include <unistd.h> #include <string.h>extern void* threadFun(void* arg);int main() {char pNameA[20] = "I'am thread A";pthread_t pid;pthread_create(&pid, NULL, threadFun, pNameA);char* retStr = 0;pthread_join(pid, (void**)&retStr);printf("Main process:%s.\r\n", retStr);delete[] retStr;return 0; }void* threadFun(void* arg) {char* pName = (char*)arg;int count = 0;while(count < 5){printf("%s, count:%d\r\n", pName, count);sleep(1);count++;}char* retVal = new char[32];sprintf(retVal, "%s, final count is:%d.", pName, count);return ((void*)retVal); }

結構體:

具體例子#ifdef HAVE_CONFIG_H #include <config.h> #endif#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <pthread.h> #include <string.h>// 參數結構體 struct argument {int num;char string[30]; };// 聲明兩個線程函數 void *thread1_func( void * ); void *thread2_func( void * );int main(int argc, char *argv[]) {//定義兩個線程標識符pthread_t thread1, thread2;//定義用來接收兩個線程退出后的返回值,用作pthread_join的第二個參數void *thread1_return, *thread2_return;//傳遞的參數結構體struct argument arg1, arg2;int i;int wait_thread_end; //判斷線程退出成功與否//參數結構體值初始化arg1.num = 1949;strcpy( arg1.string, "中華人民共和國" );arg2.num = 2012;strcpy( arg2.string, "建國63周年" );// 創建兩個線程pthread_create(&thread1, NULL, thread1_func, (void*)&arg1 );pthread_create( &thread2, NULL, thread2_func, (void*)&arg2 );for( i = 0; i < 2; i++ ){printf("我是最初的進程!\n");sleep(2); //主統線程睡眠,調用其他線程}//等待第一個線程退出,并接收它的返回值(返回值存儲在thread1_return)wait_thread_end = pthread_join( thread1, &thread1_return );if( wait_thread_end != 0 ) {printf("調用 pthread_join 獲取線程1的返回值出現錯誤!\n");}else{printf("調用 pthread_join 成功!線程1退出后的返回值是 %d\n", (int)thread1_return);}//等待第二個線程退出,并接收它的返回值(返回值存儲在thread2_return)wait_thread_end = pthread_join( thread2, &thread2_return);if( wait_thread_end != 0 ) {printf("調用 pthread_join 獲取線程2的返回值出現錯誤!\n");}else{printf("調用 pthread_join 成功!線程2退出后的返回值是 %d\n",(int)thread2_return );}return EXIT_SUCCESS; }/***線程1函數實現 */void *thread1_func( void *arg ) {int i;struct argument *arg_thread1; // 接收傳遞過來的參數結構體arg_thread1 = ( struct argument * )arg;for( i = 0; i < 3; i++){printf( "我來自線程1,傳遞給我的參數是 %d, %s\n", arg_thread1->num, arg_thread1->string);sleep(2); // 投入睡眠,調用其它線程}return (void *)123; }void *thread2_func( void *arg ) {int i;struct argument *arg_thread2; // 接收傳遞過來的參數結構體arg_thread2 = ( struct argument * )arg;for( i = 0; i < 3; i++){printf( "我來自線程2,傳遞給我的參數是 %d, %s\n", arg_thread2->num, arg_thread2->string);sleep(2); // 投入睡眠,調用其它線程}return (void *)456; }

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線程的最大特點是資源的共享性,但資源共享中的同步問題是多線程編程的難點。linux下提供了多種方式來處理線程同步,最常用的是互斥鎖、條件變量和信號量。

一、互斥鎖(mutex)

通過鎖機制實現線程間的同步。

  • 初始化鎖。在Linux下,線程的互斥量數據類型是pthread_mutex_t。在使用前,要對它進行初始化。
    靜態分配:pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
    動態分配:int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutex_attr_t *mutexattr);
  • 加鎖。對共享資源的訪問,要對互斥量進行加鎖,如果互斥量已經上了鎖,調用線程會阻塞,直到互斥量被解鎖。
    int pthread_mutex_lock(pthread_mutex *mutex);
    int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
  • 解鎖。在完成了對共享資源的訪問后,要對互斥量進行解鎖。
    int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
  • 銷毀鎖。鎖在是使用完成后,需要進行銷毀以釋放資源。
    int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex *mutex);
  • #include?<cstdio>??
  • #include?<cstdlib>??
  • #include?<unistd.h>??
  • #include?<pthread.h>??
  • #include?"iostream"??
  • using?namespace?std;??
  • pthread_mutex_t?mutex?=?PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;??
  • int?tmp;??
  • void*?thread(void?*arg)??
  • {??
  • ????cout?<<?"thread?id?is?"?<<?pthread_self()?<<?endl;??
  • ????pthread_mutex_lock(&mutex);??
  • ????tmp?=?12;??
  • ????cout?<<?"Now?a?is?"?<<?tmp?<<?endl;??
  • ????pthread_mutex_unlock(&mutex);??
  • ????return?NULL;??
  • }??
  • int?main()??
  • {??
  • ????pthread_t?id;??
  • ????cout?<<?"main?thread?id?is?"?<<?pthread_self()?<<?endl;??
  • ????tmp?=?3;??
  • ????cout?<<?"In?main?func?tmp?=?"?<<?tmp?<<?endl;??
  • ????if?(!pthread_create(&id,?NULL,?thread,?NULL))??
  • ????{??
  • ????????cout?<<?"Create?thread?success!"?<<?endl;??
  • ????}??
  • ????else??
  • ????{??
  • ????????cout?<<?"Create?thread?failed!"?<<?endl;??
  • ????}??
  • ????pthread_join(id,?NULL);??
  • ????pthread_mutex_destroy(&mutex);??
  • ????return?0;??
  • }??
  • //編譯:g++?-o?thread?testthread.cpp?-lpthread?
  • ?

    二、條件變量(cond)

    互斥鎖不同,條件變量是用來等待而不是用來上鎖的。條件變量用來自動阻塞一個線程,直到某特殊情況發生為止。通常條件變量和互斥鎖同時使用。條件變量分為兩部分: 條件和變量。條件本身是由互斥量保護的。線程在改變條件狀態前先要鎖住互斥量。條件變量使我們可以睡眠等待某種條件出現。條件變量是利用線程間共享的全局變量進行同步的一種機制,主要包括兩個動作:一個線程等待"條件變量的條件成立"而掛起;另一個線程使"條件成立"(給出條件成立信號)。條件的檢測是在互斥鎖的保護下進行的。如果一個條件為假,一個線程自動阻塞,并釋放等待狀態改變的互斥鎖。如果另一個線程改變了條件,它發信號給關聯的條件變量,喚醒一個或多個等待它的線程,重新獲得互斥鎖,重新評價條件。如果兩進程共享可讀寫的內存,條件變量可以被用來實現這兩進程間的線程同步。

  • 初始化條件變量。
    靜態態初始化,pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIER;
    動態初始化,int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr);
  • 等待條件成立。釋放鎖,同時阻塞等待條件變量為真才行。timewait()設置等待時間,仍未signal,返回ETIMEOUT(加鎖保證只有一個線程wait)
    int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);
    int pthread_cond_timewait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex *mutex,const timespec *abstime);
  • 激活條件變量。pthread_cond_signal,pthread_cond_broadcast(激活所有等待線程)
    int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
    int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond); //解除所有線程的阻塞
  • 清除條件變量。無線程等待,否則返回EBUSY
    int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
  • #include?<stdio.h>??
  • #include?<pthread.h>??
  • #include?"stdlib.h"??
  • #include?"unistd.h"??
  • pthread_mutex_t?mutex;??
  • pthread_cond_t?cond;??
  • void?hander(void?*arg)??
  • {??
  • ????free(arg);??
  • ????(void)pthread_mutex_unlock(&mutex);??
  • }??
  • void?*thread1(void?*arg)??
  • {??
  • ????pthread_cleanup_push(hander,?&mutex);??
  • ????while(1)??
  • ????{??
  • ????????printf("thread1?is?running\n");??
  • ????????pthread_mutex_lock(&mutex);??
  • ????????pthread_cond_wait(&cond,?&mutex);??
  • ????????printf("thread1?applied?the?condition\n");??
  • ????????pthread_mutex_unlock(&mutex);??
  • ????????sleep(4);??
  • ????}??
  • ????pthread_cleanup_pop(0);??
  • }??
  • void?*thread2(void?*arg)??
  • {??
  • ????while(1)??
  • ????{??
  • ????????printf("thread2?is?running\n");??
  • ????????pthread_mutex_lock(&mutex);??
  • ????????pthread_cond_wait(&cond,?&mutex);??
  • ????????printf("thread2?applied?the?condition\n");??
  • ????????pthread_mutex_unlock(&mutex);??
  • ????????sleep(1);??
  • ????}??
  • }??
  • int?main()??
  • {??
  • ????pthread_t?thid1,thid2;??
  • ????printf("condition?variable?study!\n");??
  • ????pthread_mutex_init(&mutex,?NULL);??
  • ????pthread_cond_init(&cond,?NULL);??
  • ????pthread_create(&thid1,?NULL,?thread1,?NULL);??
  • ????pthread_create(&thid2,?NULL,?thread2,?NULL);??
  • ????sleep(1);??
  • ????do??
  • ????{??
  • ????????pthread_cond_signal(&cond);??
  • ????}while(1);??
  • ????sleep(20);??
  • ????pthread_exit(0);??
  • ????return?0;??
  • }??
  • #include?<pthread.h>??
  • #include?<unistd.h>??
  • #include?"stdio.h"??
  • #include?"stdlib.h"??
  • static?pthread_mutex_t?mtx?=?PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;??
  • static?pthread_cond_t?cond?=?PTHREAD_COND_INITIALIZER;??
  • struct?node??
  • {??
  • ????int?n_number;??
  • ????struct?node?*n_next;??
  • }*head?=?NULL;??
  • ??
  • static?void?cleanup_handler(void?*arg)??
  • {??
  • ????printf("Cleanup?handler?of?second?thread./n");??
  • ????free(arg);??
  • ????(void)pthread_mutex_unlock(&mtx);??
  • }??
  • static?void?*thread_func(void?*arg)??
  • {??
  • ????struct?node?*p?=?NULL;??
  • ????pthread_cleanup_push(cleanup_handler,?p);??
  • ????while?(1)??
  • ????{??
  • ????????//這個mutex主要是用來保證pthread_cond_wait的并發性??
  • ????????pthread_mutex_lock(&mtx);??
  • ????????while?(head?==?NULL)??
  • ????????{??
  • ????????????//這個while要特別說明一下,單個pthread_cond_wait功能很完善,為何??
  • ????????????//這里要有一個while?(head?==?NULL)呢?因為pthread_cond_wait里的線??
  • ????????????//程可能會被意外喚醒,如果這個時候head?!=?NULL,則不是我們想要的情況。??
  • ????????????//這個時候,應該讓線程繼續進入pthread_cond_wait??
  • ????????????//?pthread_cond_wait會先解除之前的pthread_mutex_lock鎖定的mtx,??
  • ????????????//然后阻塞在等待對列里休眠,直到再次被喚醒(大多數情況下是等待的條件成立??
  • ????????????//而被喚醒,喚醒后,該進程會先鎖定先pthread_mutex_lock(&mtx);,再讀取資源??
  • ????????????//用這個流程是比較清楚的??
  • ????????????pthread_cond_wait(&cond,?&mtx);??
  • ????????????p?=?head;??
  • ????????????head?=?head->n_next;??
  • ????????????printf("Got?%d?from?front?of?queue/n",?p->n_number);??
  • ????????????free(p);??
  • ????????}??
  • ????????pthread_mutex_unlock(&mtx);?//臨界區數據操作完畢,釋放互斥鎖??
  • ????}??
  • ????pthread_cleanup_pop(0);??
  • ????return?0;??
  • }??
  • int?main(void)??
  • {??
  • ????pthread_t?tid;??
  • ????int?i;??
  • ????struct?node?*p;??
  • ????//子線程會一直等待資源,類似生產者和消費者,但是這里的消費者可以是多個消費者,而??
  • ????//不僅僅支持普通的單個消費者,這個模型雖然簡單,但是很強大??
  • ????pthread_create(&tid,?NULL,?thread_func,?NULL);??
  • ????sleep(1);??
  • ????for?(i?=?0;?i?<?10;?i++)??
  • ????{??
  • ????????p?=?(struct?node*)malloc(sizeof(struct?node));??
  • ????????p->n_number?=?i;??
  • ????????pthread_mutex_lock(&mtx);?//需要操作head這個臨界資源,先加鎖,??
  • ????????p->n_next?=?head;??
  • ????????head?=?p;??
  • ????????pthread_cond_signal(&cond);??
  • ????????pthread_mutex_unlock(&mtx);?//解鎖??
  • ????????sleep(1);??
  • ????}??
  • ????printf("thread?1?wanna?end?the?line.So?cancel?thread?2./n");??
  • ????//關于pthread_cancel,有一點額外的說明,它是從外部終止子線程,子線程會在最近的取消點,退出??
  • ????//線程,而在我們的代碼里,最近的取消點肯定就是pthread_cond_wait()了。??
  • ????pthread_cancel(tid);??
  • ????pthread_join(tid,?NULL);??
  • ????printf("All?done?--?exiting/n");??
  • ????return?0;??
  • }??
  • ?

    三、信號量(sem)

    如同進程一樣,線程也可以通過信號量來實現通信,雖然是輕量級的。信號量函數的名字都以"sem_"打頭。線程使用的基本信號量函數有四個。

  • 信號量初始化。
    int sem_init (sem_t *sem , int pshared, unsigned int value);
    這是對由sem指定的信號量進行初始化,設置好它的共享選項(linux 只支持為0,即表示它是當前進程的局部信號量),然后給它一個初始值VALUE。
  • 等待信號量。給信號量減1,然后等待直到信號量的值大于0。
    int sem_wait(sem_t *sem);
  • 釋放信號量。信號量值加1。并通知其他等待線程。
    int sem_post(sem_t *sem);
  • 銷毀信號量。我們用完信號量后都它進行清理。歸還占有的一切資源。
    int sem_destroy(sem_t *sem);
  • #include?<stdlib.h>??
  • #include?<stdio.h>??
  • #include?<unistd.h>??
  • #include?<pthread.h>??
  • #include?<semaphore.h>??
  • #include?<errno.h>??
  • #define?return_if_fail(p)?if((p)?==?0){printf?("[%s]:func?error!/n",?__func__);return;}??
  • typedef?struct?_PrivInfo??
  • {??
  • ????sem_t?s1;??
  • ????sem_t?s2;??
  • ????time_t?end_time;??
  • }PrivInfo;??
  • ??
  • static?void?info_init?(PrivInfo*?thiz);??
  • static?void?info_destroy?(PrivInfo*?thiz);??
  • static?void*?pthread_func_1?(PrivInfo*?thiz);??
  • static?void*?pthread_func_2?(PrivInfo*?thiz);??
  • ??
  • int?main?(int?argc,?char**?argv)??
  • {??
  • ????pthread_t?pt_1?=?0;??
  • ????pthread_t?pt_2?=?0;??
  • ????int?ret?=?0;??
  • ????PrivInfo*?thiz?=?NULL;??
  • ????thiz?=?(PrivInfo*?)malloc?(sizeof?(PrivInfo));??
  • ????if?(thiz?==?NULL)??
  • ????{??
  • ????????printf?("[%s]:?Failed?to?malloc?priv./n");??
  • ????????return?-1;??
  • ????}??
  • ????info_init?(thiz);??
  • ????ret?=?pthread_create?(&pt_1,?NULL,?(void*)pthread_func_1,?thiz);??
  • ????if?(ret?!=?0)??
  • ????{??
  • ????????perror?("pthread_1_create:");??
  • ????}??
  • ????ret?=?pthread_create?(&pt_2,?NULL,?(void*)pthread_func_2,?thiz);??
  • ????if?(ret?!=?0)??
  • ????{??
  • ????????perror?("pthread_2_create:");??
  • ????}??
  • ????pthread_join?(pt_1,?NULL);??
  • ????pthread_join?(pt_2,?NULL);??
  • ????info_destroy?(thiz);??
  • ????return?0;??
  • }??
  • static?void?info_init?(PrivInfo*?thiz)??
  • {??
  • ????return_if_fail?(thiz?!=?NULL);??
  • ????thiz->end_time?=?time(NULL)?+?10;??
  • ????sem_init?(&thiz->s1,?0,?1);??
  • ????sem_init?(&thiz->s2,?0,?0);??
  • ????return;??
  • }??
  • static?void?info_destroy?(PrivInfo*?thiz)??
  • {??
  • ????return_if_fail?(thiz?!=?NULL);??
  • ????sem_destroy?(&thiz->s1);??
  • ????sem_destroy?(&thiz->s2);??
  • ????free?(thiz);??
  • ????thiz?=?NULL;??
  • ????return;??
  • }??
  • static?void*?pthread_func_1?(PrivInfo*?thiz)??
  • {??
  • ????return_if_fail(thiz?!=?NULL);??
  • ????while?(time(NULL)?<?thiz->end_time)??
  • ????{??
  • ????????sem_wait?(&thiz->s2);??
  • ????????printf?("pthread1:?pthread1?get?the?lock./n");??
  • ????????sem_post?(&thiz->s1);??
  • ????????printf?("pthread1:?pthread1?unlock/n");??
  • ????????sleep?(1);??
  • ????}??
  • ????return;??
  • }??
  • static?void*?pthread_func_2?(PrivInfo*?thiz)??
  • {??
  • ????return_if_fail?(thiz?!=?NULL);??
  • ????while?(time?(NULL)?<?thiz->end_time)??
  • ????{??
  • ????????sem_wait?(&thiz->s1);??
  • ????????printf?("pthread2:?pthread2?get?the?unlock./n");??
  • ????????sem_post?(&thiz->s2);??
  • ????????printf?("pthread2:?pthread2?unlock./n");??
  • ????????sleep?(1);??
  • ????}??
  • ????return;??
  • }??
  • ?

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    ?

    總結

    以上是生活随笔為你收集整理的Linux C线程同步的三种方法的全部內容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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