Linux/C++多线程编程学习笔记——线程同步、锁

1.为什么要线程同步

多个线程同时对内存中的共享资源进行访问时，当一个线程对共享资源进行修改时，其他线程得到的依然是修改前的内容，这样就存在巨大的隐患

比如三个ABC人共用一张银行卡，这三个人就是三个线程，银行卡就是共享资源，假如银行卡里有100块钱，这三个人同时取这100块钱，如果不做线程同步，那么三个人都能同时从卡里取出100块钱，也就是总共取出300块钱，那银行岂不是血亏

所以线程同步就是多个线程同时对共享内存提出访问申请时，需要按照先后次序进行访问（线性访问），就是说当A正在取钱时，BC就要等待A取完才能取

未进行线程同步的代码示例（刷银行卡的例子）：

int card;

void* aGetMoney(void* arg)
{
    ostringstream* str = (ostringstream*)arg;
    (*str) << "a check: " << card;
    card = 0;

    return NULL;
}
void* bGetMoney(void* arg)
{
    ostringstream* str = (ostringstream*)arg;
    (*str) << "b check: " << card;
    card = 0;

    return NULL;
}
void* cGetMoney(void* arg)
{
    ostringstream* str = (ostringstream*)arg;
    (*str) << "c check: " << card;
    card = 0;

    return NULL;
}

int main(int argc, char** argv)
{
    card = 100;

    ostringstream stra, strb, strc;
    pthread_t tida, tidb, tidc;
    pthread_create(&tida, NULL, aGetMoney, &stra);
    pthread_create(&tidb, NULL, bGetMoney, &strb);
    pthread_create(&tidc, NULL, cGetMoney, &strc);

    pthread_join(tida, NULL);
    pthread_join(tidb, NULL);
    pthread_join(tidc, NULL);

    cout << stra.str() << endl;
    cout << strb.str() << endl;
    cout << strc.str() << endl;

    return 0;
}

结果：

a check: 100
b check: 100
c check: 100

可以看到，未进行线程同步时，即使卡里只有100块钱，ABC可以同时取到100块钱，这是银行不希望看到的

2.线程同步的方式

线程同步的方式有四种：互斥锁、读写锁、条件变量、信号量

共享资源也称为临界资源（一般为全局区或堆区资源），临界资源相关的上下文代码成为临界区

线程同步的本质就是临界区最多同时只能有一个线程访问

对于上述例子，银行卡就是临界资源，对银行卡的存取操作就是临界区，也就是说某一个时间最多只能有一个人对银行卡进行操作

2.1互斥锁

互斥锁就是在临界区的开头加锁，末尾解锁，一个线程加锁操作后，其他线程不能再加锁将被阻塞，直到这个锁被解开，其他线程解除阻塞后再去竞争资源。类比排队上厕所

一般一个临界资源对应一把互斥锁，哪个线程加的锁，哪个线程解锁，就比如上厕所，你进去把门锁上了，别人也不能从外面解锁打开门，更不能再锁一次门

锁的个数一般看共享资源的个数

（1）创建互斥锁：

pthread_mutex_t mutex;

（2）初始化互斥锁：

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

参数：

* restrict mutex：互斥锁的地址

* restrict attr：属性，默认为NULL

（3）释放互斥锁资源

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

（4）加锁

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t* mutex);

一个线程执行到这里时会判断mutex是不是锁定状态，如果已被锁了则线程阻塞在这里，如果没被锁则线程可以加锁

（5）解锁

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t* mutex);

举例：还是上面银行卡的例子，对临界区加锁之后，可以看到，当卡里的钱被a取完后，bc再查卡里就没钱了

int card;

pthread_mutex_t mutex;

void* aGetMoney(void* arg)
{
    ostringstream* str = (ostringstream*)arg;
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    (*str) << "a check: " << card;
    card = 0;
    pthread_mutex_unlock(&mutex);

    return NULL;
}
void* bGetMoney(void* arg)
{
    ostringstream* str = (ostringstream*)arg;
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    (*str) << "b check: " << ca