Linux线程（三）

一、互斥量

在这里插入图片描述

根据前面的分析，得到的结果不是我们想要的原因是–ticket操作不是原子操作，这个共享资源可能并发的切换大其他线程，导致有多个线程同时影响到这个共享资源，所以导致得到的结果不对。

1.解决方法（加锁—>Linux中叫这把锁为互斥量）：

代码必须有互斥行为：当有一个执行流（有一个线程）进入临界区时，不允许其他线程进入该临界区
如果多个线程同时要求执行临界区的代码，并且临界区内没有线程在执行，那么只允许一个线程进入该临界区
如果线程不在临界区内执行，那么该线程不能阻止其他线程进入临界区

二、.互斥量的接口：

1.初始化互斥量

方法一：静态分配

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER

方法二：动态分配

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

功能：初始化互斥量
参数：pthread_mutex_t *restrict mutex：要初始化的互斥量
const pthread_mutexattr_t *restrict attr：指定了新建互斥锁的属性。如果参数attr为NULL，则使用默认的互斥锁属性，默认属性为快速互斥锁
返回值：成功返回0，失败返回错误码

2.销毁互斥量：

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

功能：是销毁一个互斥量
参数：要销毁的互斥量
注意⚠️：使用PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER（静态初始化的互斥量）的互斥量不需要销毁
不要销毁一个已经加锁的互斥量（即销毁前要释放锁）
已经销毁的互斥量，要确保后面不会有线程去尝试对其加锁

3.对互斥量加锁和解锁

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

调用pthread_mutex_lock可能会遇到以下几种情况

互斥量处于未锁状态，该函数将对该互斥量加锁，同时返回成功
发起调用pthread_mutex_lock函数时，其他线程已经把互斥量加完锁，或者存在其他线程同时申请对同一个互斥量进行加锁，但自己没有成功竞争到互斥量，那么pthread_mutex_lock调用就会陷入阻塞（即执行流被挂起），直到成功竞争到互斥量的线程释放锁，该执行流才可能解除阻塞
注意：互斥锁pthread_mutex也叫“挂起等待锁”，一旦线程获取锁失败，就会挂起到操作系统的一个等待队列中，这个获取锁失败而进入挂起等待队列的线程具体什么时候恢复执行也是不一定的，也不是获取到锁的线程释放锁后立即能执行的，因为线程的万恶之源”抢占式“。

4.改进前面的代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <sched.h>
int ticket = 100;
pthread_mutex_t mutex;
void *route(void *arg)
{
char *id = (char*)arg;
while ( 1 ) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
if ( ticket > 0 ) {
usleep(1000);
printf("%s sells ticket:%d\n", id, ticket);
ticket--;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
// sched_yield(); 放弃CPU
} else {
pthread_mutex_unlock(&mutex);
break;
}
}
} i
nt main( void )
{
pthread_t t1, t2, t3, t4;
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
pthread_create(&t1, NULL, route, "thread 1");
pthread_create(&t2, NULL, route, "thread 2");
pthread_create(&t3, NULL, route, "thread 3");
pthread_create(&t4, NULL, route, "thread 4");
pthread_join(t1, NULL);
pthread_join(t2, NULL);
pthread_join(t3, NULL);
pthread_join(t4, NULL);
pthread_mutex_destroy(&mutex);
}

在这里插入图片描述

从上面的结果看现在的代码已经是正确的了。

5.互斥锁的缺陷：

互斥锁虽然能够保证线程安全，但是最终导致程序的效率会受到影响，并且还有产生死锁的风险
产生死锁的场景：a.一个线程进行加锁后，再次尝试对同一个临界资源加锁 b.多个线程多把锁极易产生死锁

三、互斥量实现用原理探究

经过上面的例子，我们已经知道单纯的++ ／ – 操作都不是原子的，有可能会导致数据一致性问题
为了实现互斥锁操作，大多数体系都提供了swap或exchange指令，该指令的作用是把寄存器和内存单元的数据进行交换，由于只有一条指令，保证了原子性，即使是多处理器平台，访问内存的总线周期也有先后，一个处理器上的交换指令执行时也只能等待另一个处理器的交换指令总线周期执行结束。

四、可重入VS线程安全

可重入	线程安全
重入是指同一个函数被不同的执行流调用时，前一个执行流的流程还未结束，就有其他的执行流再次进入函数。一个函数在从重的情况下，运行结果不会出现任何不同或者没有任何执行问题，则称该函数为可重入函数，反之为不可重入函数	线程安全是指多个线程并发执行同一段代码，不会出现不同的结果或不会出现执行问题。其中如果对全局变量或对静态变量进行操作，并且没有锁的保护的情况下，就有可能出现线程安全问题

注意：⚠️：可重入包含了线程安全问题。即如果一个函数可重入就一定线程安全，反之如果一个函数是线程安全的就不一定是可重入的

2.常见的线程不安全的情况：