Linux之线程同步一第1关：互斥锁

在Linux系统中，线程同步是管理多个并发执行的线程之间共享资源的关键。当多个线程试图同时访问同一份数据时，可能会导致数据不一致的问题。互斥锁（Mutex，也称为互斥信号量）是一种常见的同步机制，用于保证在同一时刻只有一个线程能访问临界区（即需要保护的数据段）。

互斥锁的工作原理如下：
1. **获取锁**：当一个线程需要进入临界区时，它会尝试获取锁。如果锁当前未被其他线程持有，则线程获得锁并继续执行；否则，线程会阻塞等待。
2. **释放锁**：线程完成对临界区的操作后，需要释放锁以便其他线程可以进入。释放锁后，持有锁的线程继续执行，而那些等待的线程将按照先进先出（FIFO）的原则继续尝试获取锁。
3. **原子性和可见性**：互斥锁通常是通过操作系统提供的原子操作来实现的，这意味着锁的获取和释放是一个不可分割的过程，不会被其他中断或线程切换打扰。

使用互斥锁的基本步骤包括：
1. 初始化锁变量（通常是整型数值0表示未锁定，非0表示已锁定）
2. 调用锁函数（如`pthread_mutex_lock()`）获取锁
3. 执行临界区代码
4. 调用锁函数（`pthread_mutex_unlock()`）释放锁

相关问题

头歌linux之线程同步一第三关条件变量

条件变量是线程同步中的一种机制，用于线程之间的通信和协调。它允许一个线程在满足特定条件之前一直阻塞等待，而不是忙等待。条件变量通常与互斥锁一起使用，以避免竞态条件。

条件变量的使用需要满足以下三个条件：

1. 条件变量必须和互斥锁一起使用，以避免竞态条件。

2. 等待线程必须在互斥锁保护下进入等待状态，并且在等待期间互斥锁必须解锁，以允许其他线程访问共享资源。

3. 等待条件变量的线程必须在接收到信号之后重新获取互斥锁，并重新检查条件，以避免虚假唤醒。

在实际编程中，条件变量的使用需要注意这些条件，以避免死锁和竞态条件。

Linux之线程同步二第三关项目实战代码

以下是一个简单的线程同步示例代码，使用了互斥锁和条件变量来实现线程的同步。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>

#define BUFFER_SIZE 10

int buffer[BUFFER_SIZE];
int count = 0;

pthread_mutex_t mutex;
pthread_cond_t full, empty;

void *producer(void *arg) {
    int item;
    while (1) {
        item = rand() % 100; // 随机生成一个数字作为生产的物品
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        while (count == BUFFER_SIZE) { // 缓冲区满了，等待消费者消费
            pthread_cond_wait(&empty, &mutex);
        }
        buffer[count++] = item; // 放入缓冲区
        printf("Produced item %d\n", item);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        pthread_cond_signal(&full); // 唤醒消费者
        sleep(rand() % 3); // 生产完等待一段时间再生产
    }
}

void *consumer(void *arg) {
    int item;
    while (1) {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        while (count == 0) { // 缓冲区空了，等待生产者生产
            pthread_cond_wait(&full, &mutex);
        }
        item = buffer[--count]; // 从缓冲区取出物品
        printf("Consumed item %d\n", item);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        pthread_cond_signal(&empty); // 唤醒生产者
        sleep(rand() % 3); // 消费完等待一段时间再消费
    }
}

int main() {
    pthread_t tid1, tid2;

    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
    pthread_cond_init(&full, NULL);
    pthread_cond_init(&empty, NULL);

    pthread_create(&tid1, NULL, producer, NULL);
    pthread_create(&tid2, NULL, consumer, NULL);

    pthread_join(tid1, NULL);
    pthread_join(tid2, NULL);

    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    pthread_cond_destroy(&full);
    pthread_cond_destroy(&empty);

    return 0;
}

在这个示例中，有一个线程作为生产者，随机生成数字作为物品，并将物品放入缓冲区中；另一个线程作为消费者，从缓冲区中取出物品。生产者和消费者之间通过互斥锁和条件变量来进行同步，保证线程的安全性和正确性。