C++多線程中的線程同步與互斥量實例分析

本篇內容介紹了“C++多線程中的線程同步與互斥量實例分析”的有關知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠學有所成！

線程同步

/*
    使用多線程實現買票的案例。
    有3個窗口，一共是100張票。
*/
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
// 全局變量，所有的線程都共享這一份資源。
int tickets = 100;
void * sellticket(void * arg) {
    // 賣票
    while(tickets > 0) {
        usleep(6000);	//微秒
        printf("%ld 正在賣第 %d 張門票\n", pthread_self(), tickets);
        tickets--;
    }
    return NULL;
}
int main() {
    // 創建3個子線程
    pthread_t tid1, tid2, tid3;
    pthread_create(&tid1, NULL, sellticket, NULL);
    pthread_create(&tid2, NULL, sellticket, NULL);
    pthread_create(&tid3, NULL, sellticket, NULL);
    // 回收子線程的資源,默認阻塞狀態
    pthread_join(tid1, NULL);
    pthread_join(tid2, NULL);
    pthread_join(tid3, NULL);
    // 設置線程分離。
    // pthread_detach(tid1);
    // pthread_detach(tid2);
    // pthread_detach(tid3);
    pthread_exit(NULL); // 退出主線程
    return 0;
}

運行結果：

產生的問題：

• 每一張票都賣了好幾次；

• 賣了第0張票和-1張票，都是不對的；

三個線程搶cpu資源。

原因： 休眠的時間，3個進程都進去執行了程序；多個進程對共享資源同時處理，就會產生線程同步問題。

線程的主要優勢： 通過全局變量來共享信息。不過，這種便捷的共享是有代價的:必須確保多個線程不會同時修改同一變量，或者某一線程不會讀取正在由其他線程修改的變量。

臨界區：指訪問某一共享資源的代碼片段，并且這段代碼的執行應為原子操作，也就是同時訪問同一共享資源的其他線程不應終端該片段的執行。

線程同步： 即當有一個線程在對內存進行操作時，其他線程都不可以對這個內存地址進行操作，直到該線程完成操作，其他線程才能對該內存地址進行操作，而其他線程則處于等待狀態。

線程同步會降低線程并發的效率，這是必須的。

互斥量

為避免線程更新共享變量時出現問題，可以使用互斥量(mutex）來確保同時僅有一個線程可以訪問某項共享資源。可以使用互斥量來保證對任意共享資源的原子訪問。

互斥量有兩種狀態：已鎖定(locked)和未鎖定(unlocked)。

任何時候，至多只有一個線程可以鎖定該互斥量。試圖對已經鎖定的某一互斥量再次加鎖，將可能阻塞線程或者報錯失敗，具體取決于加鎖時使用的方法。

一旦線程鎖定互斥量，隨即成為該互斥量的所有者，只有所有者才能給互斥量解鎖。

一般情況下，對每一共享資源（可能由多個相關變量組成）會使用不同的互斥量，每一線程在訪問同一資源時將采用如下協議:

• 針對共享資源鎖定互斥量

• 訪問共享資源

• 對互斥量解鎖

加鎖是在臨界區對共享數據操作；

如果多個線程試圖執行這一塊代碼（一個臨界區)，事實上只有一個線程能夠持有該互斥量(其他線程將遭到阻塞)，即同時只有一個線程能夠進入這段代碼區域，如下圖所示：

/*
    互斥量的類型 pthread_mutex_t
    int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);
        - 初始化互斥量
        - 參數 ：
            - mutex ： 需要初始化的互斥量變量
            - attr ： 互斥量相關的屬性，NULL
        - restrict : C語言的修飾符，被修飾的指針，不能由另外的一個指針進行操作。
            pthread_mutex_t *restrict mutex = xxx;
            pthread_mutex_t * mutex1 = mutex;	--不能這樣操作，有restrict關鍵詞
    int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
        - 釋放互斥量的資源
    int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
        - 加鎖，阻塞的，如果有一個線程加鎖了，那么其他的線程只能阻塞等待
		- 成功返回 0
    int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
        - 嘗試加鎖，如果加鎖失敗，不會阻塞，會直接返回。
    int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
        - 解鎖
*/
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
// 全局變量，所有的線程都共享這一份資源。
int tickets = 1000;
// 創建一個互斥量	--在全局區創建
pthread_mutex_t mutex;
void * sellticket(void * arg) {
    // 賣票
    while(1) {
        // 加鎖
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        if(tickets > 0) {
            usleep(6000);
            printf("%ld 正在賣第 %d 張門票\n", pthread_self(), tickets);
            tickets--;
        }else {
            // 解鎖
            pthread_mutex_unlock(&mutex);
            break;
        }
        // 解鎖
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    return NULL;
}
int main() {
    // 初始化互斥量
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
    // 創建3個子線程
    pthread_t tid1, tid2, tid3;
    pthread_create(&tid1, NULL, sellticket, NULL);
    pthread_create(&tid2, NULL, sellticket, NULL);
    pthread_create(&tid3, NULL, sellticket, NULL);
    // 回收子線程的資源,阻塞
    pthread_join(tid1, NULL);
    pthread_join(tid2, NULL);
    pthread_join(tid3, NULL);
    pthread_exit(NULL); // 退出主線程
    // 釋放互斥量資源
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    return 0;
}

“C++多線程中的線程同步與互斥量實例分析”的內容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業相關的知識可以關注億速云網站，小編將為大家輸出更多高質量的實用文章！