Linux下互斥锁、条件变量与信号量详解

"互斥信号量是用于控制多个线程对共享资源的访问，确保同一时间只有一个线程能访问特定的资源，以避免数据竞争和并发问题。在Linux系统中，有三种同步机制来实现这一目标：互斥锁、条件变量和信号量。互斥锁是最常见的一种，它是一种特殊的信号量，适用于简单的资源保护需求。 互斥锁通过`pthread_mutex_t`类型表示，它的初始化、操作和销毁都需要特定的函数。初始化时，可以使用`pthread_mutex_init()`函数，传入互斥锁的指针和属性（默认属性是快速互斥锁）。属性可以通过`pthread_mutexattr_t`结构体设置，如创建递归互斥锁或检错互斥锁。例如，用`PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER`可以静态初始化一个快速互斥锁。 在使用互斥锁时，`pthread_mutex_lock()`函数用于获取锁，`pthread_mutex_unlock()`函数用于释放锁。如果一个线程已经持有锁并尝试再次加锁，那么线程会被阻塞，这就是所谓的自旋锁，可能导致死锁。为了避免这种情况，编程时必须确保正确地管理锁的获取和释放。 `pthread_mutex_trylock()`函数则提供了一种非阻塞的尝试加锁方式，如果锁已被占用，函数会立即返回，不等待。 当不再需要互斥锁时，应使用`pthread_mutex_destroy()`函数来清理资源，但必须确保在销毁前没有线程正在使用该锁。 除了互斥锁，Linux还提供了条件变量（condition variable），它允许线程在满足特定条件时等待，而不会浪费CPU资源。条件变量通常与互斥锁配合使用，用于线程间的协作。 信号量（semaphore）是另一种更灵活的同步机制，它可以计数，允许多个线程同时访问共享资源。信号量分为二进制信号量（类似互斥锁，只能0或1）和计数信号量（可以有任意非负整数值）。使用`sem_t`类型表示，并通过`sem_init()`、`sem_post()`（增加信号量值）、`sem_wait()`（减小信号量值，如果值为0则阻塞）和`sem_destroy()`等函数进行操作。 在设计多线程程序时，理解并正确使用这些同步机制至关重要，它们能够帮助程序员构建健壮、无错误的并发程序。"