Linux pthread庫如何實(shí)現(xiàn)線程同步

小樊
82
2024-09-29 19:34:14

在 Linux 系統(tǒng)中，pthread 庫提供了用于線程同步的機(jī)制，主要包括互斥鎖（mutex）、條件變量（condition variable）和屏障（barrier）等。下面簡(jiǎn)要介紹這些同步原語的實(shí)現(xiàn)原理和使用方法。

  1. 互斥鎖（mutex）：互斥鎖是一種用于保護(hù)共享資源的同步原語，它可以確保同一時(shí)刻只有一個(gè)線程能夠訪問被保護(hù)的資源。當(dāng)一個(gè)線程獲得互斥鎖時(shí)，其他試圖獲得該鎖的線程將被阻塞，直到鎖被釋放。

使用 pthread 互斥鎖的基本步驟如下：

#include <pthread.h>

pthread_mutex_t lock;

// 初始化互斥鎖
pthread_mutex_init(&lock, NULL);

// 加鎖
pthread_mutex_lock(&lock);

// 臨界區(qū)代碼

// 解鎖
pthread_mutex_unlock(&lock);

// 銷毀互斥鎖
pthread_mutex_destroy(&lock);
  1. 條件變量（condition variable）：條件變量是一種用于線程間通信的同步原語，它允許一個(gè)線程等待某個(gè)條件成立，同時(shí)釋放已經(jīng)持有的鎖，讓其他線程有機(jī)會(huì)執(zhí)行并改變條件。當(dāng)條件成立時(shí)，等待的線程將被喚醒并重新獲得鎖。

使用 pthread 條件變量的基本步驟如下：

#include <pthread.h>

pthread_mutex_t lock;
pthread_cond_t cond;

// 初始化互斥鎖和條件變量
pthread_mutex_init(&lock, NULL);
pthread_cond_init(&cond, NULL);

// 線程等待條件變量
pthread_mutex_lock(&lock);
while (/* 條件不成立 */) {
    pthread_cond_wait(&cond, &lock);
}

// 臨界區(qū)代碼

// 通知其他線程條件已成立
pthread_mutex_unlock(&lock);
pthread_cond_signal(&cond);

// 銷毀互斥鎖和條件變量
pthread_mutex_destroy(&lock);
pthread_cond_destroy(&cond);
  1. 屏障（barrier）：屏障是一種用于協(xié)調(diào)多個(gè)線程執(zhí)行順序的同步原語。當(dāng)所有線程都到達(dá)屏障時(shí)，它們才能繼續(xù)執(zhí)行。屏障可以確保線程間的同步操作按照預(yù)定的順序執(zhí)行。

使用 pthread 屏障的基本步驟如下：

#include <pthread.h>

pthread_mutex_t lock;
pthread_cond_t cond;
int barrier_count;

// 初始化互斥鎖、條件變量和屏障
pthread_mutex_init(&lock, NULL);
pthread_cond_init(&cond, NULL);
barrier_count = 3; // 假設(shè)有3個(gè)線程需要到達(dá)屏障

// 線程等待屏障
pthread_mutex_lock(&lock);
while (barrier_count > 0) {
    pthread_cond_wait(&cond, &lock);
    barrier_count--;
}

// 臨界區(qū)代碼

// 通知其他線程可以繼續(xù)執(zhí)行
pthread_mutex_unlock(&lock);
pthread_cond_broadcast(&cond);

// 銷毀互斥鎖和條件變量
pthread_mutex_destroy(&lock);
pthread_cond_destroy(&cond);

這些是 Linux pthread 庫中實(shí)現(xiàn)線程同步的主要方法。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)需求選擇合適的同步原語來保護(hù)共享資源和協(xié)調(diào)線程執(zhí)行順序。

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