linux线程操作、互斥操作
在Linux系统中,线程是轻量级的进程,它可以共享进程的资源,包括内存、文件描述符等。在多线程程序中,为了保证共享资源的正确性和一致性,需要使用互斥操作。
互斥操作是指在多个线程同时访问共享数据时,保证只有一个线程能够访问该数据,其他线程需要等待。通常使用互斥锁(Mutex)实现互斥操作。当一个线程获取了互斥锁后,其他线程会被阻塞,直到该线程释放了互斥锁。
Linux提供了多种互斥锁,包括pthread_mutex_t、pthread_rwlock_t、semaphore等。其中,pthread_mutex_t是最常用的互斥锁类型。下面以pthread_mutex_t为例,介绍如何使用互斥锁实现线程同步。
初始化互斥锁
要使用互斥锁,首先需要初始化它。可以使用pthread_mutex_init函数进行初始化,例如:
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
获取互斥锁
在需要访问共享资源的代码块中,需要获取互斥锁。可以除了互斥锁,Linux还提供了其他一些线程同步机制,例如条件变量(Condition Variable)和信号量(Semaphore)。
条件变量是一种线程间通信机制,它可以让一个或多个线程等待某个条件成立。当条件成立时,条件变量会通知等待的线程。条件变量通常与互斥锁一起使用,以避免竞态条件。
使用条件变量需要以下步骤:
创建条件变量
可以使用pthread_cond_init函数创建条件变量,例如:
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
等待条件成立
在等待一个条件成立时,需要先获取互斥锁,然后使用pthread_cond_wait函数等待条件成立。该函数会将当前线程挂起,并释放互斥锁。当另一个线程调用pthread_cond_signal或pthread_cond_broadcast函数通知条件成立时,该线程会被唤醒并重新获取互斥锁。
pthread_mutex_lock(&mutex);
while (!condition) {
pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
}
// 条件成立,访问共享资源
pthread_mutex_unlock(&mutex);
注意,在等待条件成立前,需要先获取互斥锁。由于pthread_cond_wait函数会释放互斥锁,因此在重新获取互斥锁后,需要再次检查条件是否成立。
通知条件成立
要通知等待条件成立的线程,可以使用pthread_cond_signal或pthread_cond_broadcast函数。其中,pthread_cond_signal函数通知等待队列中的一个线程,而pthread_cond_broadcast函数则通知所有等待的线程。
pthread_mutex_lock(&mutex);
condition = true;
pthread_cond_signal(&cond);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
销毁条件变量
程序退出前,需要销毁条件变量以释放资源。可以使用pthread_cond_destroy函数销毁条件变量,例如:
pthread_cond_destroy(&cond);
信号量是一种计数器,用于控制多个线程对共享资源的访问。在访问共享资源前,线程需要获取信号量。如果信号量计数为0,则线程会被阻塞,直到有其他线程释放信号量。使用信号量可以实现读写锁、生产者消费者模型等复杂的线程同步机制。
使用信号量需要以下步骤:
创建信号量
可以使用sem_init函数创建信号量,例如:
sem_t sem;
sem_init(&sem, 0, 1); // 创建初始计数为1的信号量
获取信号量
在需要访问共享资源的代码块中,需要获取信号量。可以使用sem_wait函数获取信号量,例如:
sem_wait(&sem);
// 访问共享资源
sem_post(&sem);
如果信号量计数为0,则当前线程会被阻塞,直到有其他线程释放信号量。
释放信号量
在访问完共享资源后,需要释放信号量,以便其他线程可以获取该信号量。可以使用sem_post函数释放信号量,例如:
sem_post(&sem);
销毁信号量
在程序退出前,需要销毁信号量以释放资源。可以使用sem_destroy函数销毁信号量,例如:
sem_destroy(&sem);
总之,在Linux系统中,除了互斥锁外,还提供了条件变量和信号量等多种线程同步机制。根据具体的需求和场景,选择合适的方法可以提高程序的性能和稳定性。
![](https://www.xuedaoniu.com/wp-content/themes/xuedaoniu/assets//img/xuexi/qrs_rgzn2.jpg)