linux线程基础----线程同步与互斥
一、同步的概念
1.同步概念
所谓同步，即同时起步，协调一致。不同的对象，对“同步”的理解方式略有不同。如，设备同步，是指在两个设备
之间规定一个共同的时间参考；数据库同步，是指让两个或多个数据库内容保持一致，或者按需要部分保持一致；
文件同步，是指让两个或多个文件夹里的文件保持一致等等。而编程中、通信中所说的同步与生活中大家印象中的
同步概念略有差异。“同”字应是指协同、协助、互相配合。主旨在协同步调，按预定的先后次序运行。
2.数据混乱的原因
1. 资源共享（独享资源则不会）
2. 调度随机（意味着数据访问会出现竞争）
3. 线程间缺乏必要的同步机制。
以上3点中，前两点不能改变，欲提高效率，传递数据，资源必须共享。只要共享资源，就一定会出现竞争。只要存在竞争关系，
数据就很容易出现混乱。所以只能从第三点着手解决。使多个线程在访问共享资源的时候，出现互斥。
3.线程同步
同步即协同步调，按预定的先后次序运行。
线程同步，指一个线程发出某一功能调用时，在没有得到结果之前，该调用不返回。同时其它线程为保证数据一致性，不能调用
该功能。同步”的目的，是为了避免数据混乱，解决与时间有关的错误。实际上，不仅线程间需要同步，进程间、信号间等等都
需要同步机制。因此，所有“多个控制流，共同操作一个共享资源”的情况，都需要同步。
二、线程同步
线程同步主要有互斥锁，条件变量，读写锁和信号量（还有自旋锁但在用户层不常用，具体参考APUE11.6.7自旋锁）
1.互斥锁
Linux中提供一把互斥锁mutex（也称之为互斥量）。
每个线程在对资源操作前都尝试先加锁，成功加锁才能操作，操作结束解锁。
资源还是共享的，线程间也还是竞争的，
但通过“锁”就将资源的访问变成互斥操作，而后与时间有关的错误也不会再产生了。
但，应注意：同一时刻，只能有一个线程持有该锁。
当A线程对某个全局变量加锁访问，B在访问前尝试加锁，拿不到锁，B阻塞。
C线程不去加锁，而直接访问该全局变量，依然能够访问，但会出现数据混乱。
所以，互斥锁实质上是操作系统提供的一把“建议锁”（又称“协同锁”），
建议程序中有多线程访问共享资源的时候使用该机制。但并没有强制限定。
因此，即使有了mutex，如果有线程不按规则来访问数据，依然会造成数据混乱。
主要应用函数：
pthread_mutex_init函数
pthread_mutex_destroy函数
pthread_mutex_lock函数
pthread_mutex_trylock函数
pthread_mutex_unlock函数
以上5个函数的返回值都是：成功返回0， 失败返回错误号。
pthread_mutex_t 类型，其本质是一个结构体。为简化理解，应用时可忽略其实现细节，简单当成整数看待。
pthread_mutex_t mutex; 变量mutex只有两种取值1、0。
pthread_mutex_init函数
初始化一个互斥锁(互斥量) ---> 初值可看作1
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);
参1：传出参数，调用时应传 &mutex
restrict关键字：只用于限制指针，告诉编译器，所有修改该指针指向内存中内容的操作，只能通过本指针完成。
不能通过除本指针以外的其他变量或指针修改
参2：互斥量属性。是一个传入参数，通常传NULL，选用默认属性(线程间共享)。 参APUE.12.4同步属性
- 静态初始化：如果互斥锁 mutex 是静态分配的（定义在全局，或加了static关键字修饰），可以直接使用宏进行初始化。
- e.g. pthead_mutex_t muetx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
- 动态初始化：局部变量应采用动态初始化。e.g. pthread_mutex_init(&mutex, NULL)
pthread_mutex_destroy函数
销毁一个互斥锁
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
pthread_mutex_lock函数
加锁。可理解为将mutex--（或-1）
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
pthread_mutex_unlock函数
解锁。可理解为将mutex ++（或+1）
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
pthread_mutex_trylock函数
尝试加锁
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
加锁与解锁
lock与unlock：
lock尝试加锁，如果加锁不成功，线程阻塞，阻塞到持有该互斥量的其他线程解锁为止。
unlock主动解锁函数，同时将阻塞在该锁上的所有线程全部唤醒，至于哪个线程先被唤醒，取决于优先级、调度。默认：先阻塞、先唤醒。
例如：T1 T2 T3 T4 使用一把mutex锁。T1加锁成功，其他线程均阻塞，直至T1解锁。T1解锁后，T2 T3 T4均被唤醒，并自动再次尝试加锁。
可假想mutex锁 init成功初值为1。 lock 功能是将mutex--， unlock将mutex++
lock与trylock：
lock加锁失败会阻塞，等待锁释放。
trylock加锁失败直接返回错误号（如：EBUSY），不阻塞。
示例代码：生产者与消费者，头文件参考UNPV22E
/* include main */ #include "unpipc.h" #define MAXNITEMS 1000000 #define MAXNTHREADS 100 int nitems; /* read-only by producer and consumer */ struct { pthread_mutex_t mutex; int buff[MAXNITEMS]; int nput; int nval; } shared = { PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER }; void *produce(void *), *consume(void *); int main(int argc, char **argv) { int i, nthreads, count[MAXNTHREADS]; pthread_t tid_produce[MAXNTHREADS], tid_consume; if (argc != 3) err_quit("usage: prodcons2 <#items> <#threads>"); nitems = min(atoi(argv[1]), MAXNITEMS); nthreads = min(atoi(argv[2]), MAXNTHREADS); Set_concurrency(nthreads); /* 4start all the producer threads */ for (i = 0; i < nthreads; i++) { count[i] = 0; Pthread_create(&tid_produce[i], NULL, produce, &count[i]); } /* 4wait for all the producer threads */ for (i = 0; i < nthreads; i++) { Pthread_join(tid_produce[i], NULL); printf("count[%d] = %d\n", i, count[i]); } /* 4start, then wait for the consumer thread */ Pthread_create(&tid_consume, NULL, consume, NULL); Pthread_join(tid_consume, NULL); exit(0); } /* end main */ /* include producer */ void * produce(void *arg) { for ( ; ; ) { Pthread_mutex_lock(&shared.mutex); if (shared.nput >= nitems) { Pthread_mutex_unlock(&shared.mutex); return(NULL); /* array is full, we're done */ } shared.buff[shared.nput] = shared.nval; shared.nput++; shared.nval++; Pthread_mutex_unlock(&shared.mutex); *((int *) arg) += 1; } } void * consume(void *arg) { int i; for (i = 0; i < nitems; i++) { if (shared.buff[i] != i) printf("buff[%d] = %d\n", i, shared.buff[i]); } return(NULL); } /* end producer */