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线程同步的几种方式

wiesslibrary 2021-12-22 19:24 原文

  1. 临界区（Critical section）：通过对多线程的串行化来访问公共资源或一段代码，速度快，适合控制数据访问。在任何时候只允许一个线程访问共享资源，如果有多个线程访问，那么当有一个线程进入后，其他试图访问共享资源的线程将会被挂起，并且等到进入临界区的线程离开，临界在被释放后，其他线程才可以抢占。
  2. 互斥量（Mutex）：为协调对一个共享资源的单独访问而设计。互斥量只有一个，只有拥有互斥量的线程，才有权限去访问系统的公共资源，保证资源不会被多个线程访问。互斥不仅能实现同一个应用程序的公共资源安全共享，还能实现不同应用程序的公共资源安全共享。
  3. 信号量（Semphore）：它允许多个线程在同一时刻去访问同一个资源，但一般需要限制同一时刻访问此资源的最大线程数目。
  4. 事件(Event)：用来通知线程有一些事件已发生，从而启动后继任务的开始。

Linux下实现同步的API：

互斥量 Mutex

  1. 初始化锁。在Linux下，线程的互斥量数据类型是pthread_mutex_t。在使用前,要对它进行初始化。
    静态分配：pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
    动态分配：int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutex_attr_t *mutexattr);
  2. 加锁。对共享资源的访问，要对互斥量进行加锁，如果互斥量已经上了锁，调用线程会阻塞，直到互斥量被解锁。
    int pthread_mutex_lock(pthread_mutex *mutex);
    int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
  3. 解锁。在完成了对共享资源的访问后，要对互斥量进行解锁。
    int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
  4. 销毁锁。锁在是使用完成后，需要进行销毁以释放资源。
    int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex *mutex);

信号量(sem)

如同进程一样，线程也可以通过信号量来实现通信，虽然是轻量级的。信号量函数的名字都以"sem_"打头。线程使用的基本信号量函数有四个。

  1. 信号量初始化。
    int sem_init (sem_t *sem , int pshared, unsigned int value);
    这是对由sem指定的信号量进行初始化，设置好它的共享选项(linux 只支持为0，即表示它是当前进程的局部信号量)，然后给它一个初始值VALUE。
  2. 等待信号量。给信号量减1，然后等待直到信号量的值大于0。
    int sem_wait(sem_t *sem);
  3. 释放信号量。信号量值加1。并通知其他等待线程。
    int sem_post(sem_t *sem);
  4. 销毁信号量。我们用完信号量后都它进行清理。归还占有的一切资源。
    int sem_destroy(sem_t *sem);

条件变量(cond) 

条件变量是用来等待而不是用来上锁的。条件变量用来自动阻塞一个线程，直到某特殊情况发生为止。通常条件变量和互斥锁同时使用。条件变量分为两部分: 条件和变量。条件本身是由互斥量保护的。线程在改变条件状态前先要锁住互斥量。条件变量使我们可以睡眠等待某种条件出现。条件变量是利用线程间共享的全局变量进行同步的一种机制，主要包括两个动作：一个线程等待"条件变量的条件成立"而挂起；另一个线程使"条件成立"（给出条件成立信号）。条件的检测是在互斥锁的保护下进行的。如果一个条件为假，一个线程自动阻塞，并释放等待状态改变的互斥锁。如果另一个线程改变了条件，它发信号给关联的条件变量，唤醒一个或多个等待它的线程，重新获得互斥锁，重新评价条件。如果两进程共享可读写的内存，条件变量可以被用来实现这两进程间的线程同步。

  1. 初始化条件变量。
    静态态初始化，pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIER;
    动态初始化，int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr);
  2. 等待条件成立。释放锁,同时阻塞等待条件变量为真才行。timewait()设置等待时间,仍未signal,返回ETIMEOUT(加锁保证只有一个线程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);
  3. 激活条件变量。pthread_cond_signal,pthread_cond_broadcast（激活所有等待线程）
    int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
    int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond); //解除所有线程的阻塞
  4. 清除条件变量。无线程等待,否则返回EBUSY
    int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

win下实现同步的API：

临界区（Critical Section）

EnterCriticalSection（） 进入临界区

LeaveCriticalSection（） 离开临界区

互斥量（Mutex） 

CreateMutex（） 创建一个互斥量 

OpenMutex（） 打开一个互斥量 

ReleaseMutex（） 释放互斥量 

WaitForMultipleObjects（） 等待互斥量对象 

信号量（Semaphores）

CreateSemaphore（） 创建一个信号量

OpenSemaphore（） 打开一个信号量

ReleaseSemaphore（） 释放信号量

WaitForSingleObject（） 等待信号量

事件（Event）

CreateEvent（） 创建一个事件 

OpenEvent（） 打开一个事件

SetEvent（） 回置事件

WaitForSingleObject（） 等待一个事件

WaitForMultipleObjects（）　　 等待多个事件

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