"拉住童年的手，进行告别"

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 上篇主要谈论了,如何使用pthread库，进行线程的创建、等待....

(一)线程安全

(1)互斥的相关概念

临界资源：多线程执行流共享的资源就叫做临界资源

临界区：每个线程内部，访问临界自娱的代码，就叫做临界区

互斥:任何时刻，互斥保证有且只有一个执行流进入临界区，访问临界资源.

原子性: 不会被任何调度机制打断的操作，该操作只有两态，要么完成，要么未完 成

我们先在实现一个抢票线程,可以让我们更好的理解,线程安全的一系列问题。

然而当票抢成负数是我们不希望看到的！ 

对于一张共享资源的ticket票,任何执行流,都能看到。因此这个ticket也叫做临界资源。

很显然,这样一种区域,是不安全的。因为任何执行流都可以在任何情况下对其进行更改。

从而导致,不同执行流拿到的数据是不一样。

由图可见,不管是ticket++ 还是ticket--,难以保证原子性。出现各执行流拿到的数据不一致的情况！

(2)互斥锁;

正因如此,就需要程序员,自己去保证线程运行，是安全的的情况。让各个执行流达到一种共同遵守,一次只有一个执行流，看到共享资源(临界资源)。

①这也就是我们谈到的加锁与解锁

       #include

       int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
       int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
       int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

这样就可以保证,只一个执行流进入临界区,其余执行流会因为没拿到锁,阻塞在锁外。 

②如何理解,锁是每个执行流都可以去争抢的资源,那么也叫做临界资源,它又如何能保护临界资源？

本质上,锁需要被保护,才能去保护临界资源。而本质上,锁的实现,满足原子性的特性，是能够保证自己的安全。

 

锁的其他接口用法; 

      #include

       销毁;

       int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
       初始化;

       int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex,
                 const pthread_mutexattr_t *restrict attr);
       pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; 

 

 

 

(3)可重入函数 vs 线程安全

线程安全：多个线程并发同一段代码时，不会出现不同的结果。常见对全局变量或者静态变量进行操作，并且没有锁保护的情况下，会出现该问题。

可重入函数:一个执行流还没有执行完，就有其他执行流进来。但运行结果不会发生改变。 

 ①可重入与线程安全的联系

1.函数是可重入的，那就是线程安全的.

2.函数是不可重入的，那就不能由多个线程使用，有可能引发线程安全问题.

3.如果一个函数中有全局变量，那么这个函数既不是线程安全也不是可重入的.

 

②可重入与线程安全的区别

1.可重入函数是线程安全函数的一种

2.线程安全不一定是可重入的，而可重入函数则一定是线程安全的

 

(4)死锁

①死锁的原因

 执行流占用资源不释放,从而处于一种永久等待的状态;

 

②死锁的必要条件; 

1.互斥条件

2.请求保持

3.不剥夺条件

4.循环等待

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(二)线程安全2

(1)同步的相关概念

可以知道,一个线程互斥地访问临界资源的时候,其他线程除了等待该线程访问完临界资源,释放锁之外,什么也做不了。

如何理解进程等待队列？

本质就是把进程、线程放入等待队列, 把它们的运行状态 设置R —>S,挂起等待。

在用户视角来看,就是被阻塞。

为什么需要存在同步？

互斥锁需要各个执行流进行争抢得到。难免会有竞争能力强的执行流,反复申请锁,释放锁,但却不会做什么有效的事情,致使其他竞争力相对弱的执行流无法拿到锁,处于一饥饿状态!

所谓同步:保证数据安全的前提下,让线程 进行按序等待 访问临界资源~

有这个能力处理 线程同步问题的,叫做 条件变量。

(2) 条件变量;

①初始化

       #include
       int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,
              const pthread_condattr_t *restrict attr);
       pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
cond：要初始化的条件变量

attr：NULL

②销毁

 #include

 int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond); 

③等待条件

#include         

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex);

cond:在这个条件变量上等待;

mutex;互斥量(进行 释放)否则 别的线程进不来

④唤醒等待 

       #include

       int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond); //唤醒所有在等待的线程
       int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);  //唤醒单个 出在序列前列的进程

 

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(三)生产者消费者模型;

①什么是生产者消费者模型？

 三种关系 两种角色 一个场所;“遵循的321”原则;

当然生产消费者模型还有其他优点:
①支持并发

②支持忙闲不均.

1.关系;

生产者生产者：竞争 

消费者消费者：竞争

消费者生产者：互斥+同步

2.交易场所:内存中的一份缓冲区

(1)BlockQueue

①基本结构

②主体逻辑

 

③条件判断与初始化

 

 

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(四)POSIX信号量

 在进程间地址通信的时候提到过信号量,但是是在 system V提过的。

他们作用相同，都是用于同步操作，达到无冲突的访问共享资源目的。

特别的，POSIX信号量 也可以用于线程同步。

(1)什么是信号量? 

在前面章节也已经说过，所谓信号量，本质就是一个计数器。描述这临界资源的内容。

其作用,就是为了实现同步互斥+更细腻度 对临界资源进行管理！

如何理解申请到信号量 与 申请信号量？

申请到 意味着 拥有使用 这份临界资源的权限！

申请信号量 意味着 信号量里的计数器 -- ;反之 就 ++

(2)信号量使用

①初始化信号量 

#include

int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

参数：

pshared:0 表示线程间共享，非零表示进程间共享

value ：信号量初始值

②销毁信号量

int sem_destroy(sem_t *sem);

③等待信号量 ​​​​​

功能：等待信号量，会将信号量的值减 1

int sem_wait(sem_t *sem);

④发布信号量  

功能：发布信号量，表示资源使用完毕，可以归还资源了。将信号量值加 1 。

int sem_post(sem_t *sem);

 

模拟用信号量，实现一个互斥锁！(sem = 1)

框架; 只需要让把sem 设置为1 

执行任务;

 

 

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总结:

①保证线程安全的两步：同步+互斥

②互斥:pthread_mutex_t lock 互斥锁

③同步:pthead_cond_t cond 条件变量

④POSIX信号量

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本篇就到此结束 感谢你的阅读

祝你好运~