线程同步

Linux线程同步是一种机制，用于协调并发执行的线程之间的访问和修改共享资源，以避免数据竞争和保证程序的正确性和一致性。常用的同步机制包括互斥锁、条件变量、信号量等。

两个线程并发执行

示例代码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>

int run_now = 1;
char message[] = "Hello World";

void *thread_function(void *arg) {
	int print_count2 = 0;

	while (print_count2++ < 20) {
		if (run_now == 2) {
			printf("2\n");
			run_now = 1;
		} else {
			sleep(1);
		}
	}
	sleep(3);
}

int main() {
	int res;
	pthread_t a_thread;
	void *thread_result;
	int print_count1 = 0;   

	res = pthread_create(&a_thread, NULL, thread_function, (void *)message);
	if (res != 0) {
		perror("Thread creation failed");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	while (print_count1++ < 20) {
		if (run_now == 1) {
			printf("1\n");
			run_now = 2;
		} else {
			sleep(1);
		}
	}
	printf("\nWaiting for thread to finish...\n");
	res = pthread_join(a_thread, &thread_result);
	if (res != 0) {
		perror("Thread join failed");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	printf("Thread joined\n");
	exit(EXIT_SUCCESS);
}

输出

1
2
1
2
...

Waiting for thread to finish...
Thread joined

分析

• 两线程可以并发执行。
• 两个线程都使用查询方式执行，效率较低。
• 可以考虑使用信号量和互斥量的通信方式。

用信号量同步线程

用于线程同步，有四个处理函数：

#include <semaphore.h>
//初始化信号量
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int val);
//信号量减1
int sem_wait(sem_t *sem);
//信号量加1
int sem_post(sem_t *sem);
//销毁信号量
int sem_destory(sem_t *sem);

• pshared：信号量类型，如为0，则为当前进程独享的信号量。
• val：信号量的初始值。

示例代码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
sem_t bin_sem;

#define WORK_SIZE 1024
char work_area[WORK_SIZE];
void *thread_function(void *arg) 
{
	sem_wait(&bin_sem);
	while(strncmp("end", work_area, 3) != 0) 
	{
        // strlen(work_area) -1 去除'\n'
		printf("You input %d characters\n", (int)(strlen(work_area) -1));
		sem_wait(&bin_sem);
	}
	pthread_exit(NULL);
}
int main() 
{
	int res;
	pthread_t a_thread;
	void *thread_result;

	res = sem_init(&bin_sem, 0, 0);
	if (res != 0) 
	{
		perror("Semaphore initialization failed");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	res = pthread_create(&a_thread, NULL, thread_function, NULL);
	if (res != 0) 
	{
		perror("Thread creation failed");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	printf("Input some text. Enter 'end' to finish\n");
	while(strncmp("end", work_area, 3) != 0) 
	{
		fgets(work_area, WORK_SIZE, stdin);
		sem_post(&bin_sem);
	}
	printf("\nWaiting for thread to finish...\n");
	res = pthread_join(a_thread, &thread_result);
	if (res != 0) 
	{
		perror("Thread join failed");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	printf("Thread joined\n");
	sem_destroy(&bin_sem);
	exit(EXIT_SUCCESS);
}

输出

Input some text. Enter 'end' to finish
abc
You input 3 characters
abcd
You input 4 characters
end

Waiting for thread to finish...
Thread joined

分析

• 通过信号量，实现了两线程的同步操作。 sem_wait()和sem_post()都以原子方式工作。
• 信号量的值可以大于1。
• 当两个线程同时阻塞于sem_wait，如果有第三个线程执行了post操作，那么前两个线程有一个会执行，另一个仍等待，且信号量的值仍为0。