线程同步机制:POSIX 信号量,互斥量,条件变量
POSIX 信号量
常用的POSIX 信号量函数为如下5个:
- sem_init
- sem_destroy
- sem_wait
- sem_trywait
- sem_post
它们定义在头文件 semaphore.h
中
它们成功时会返回 0,失败则返回 -1 并设置 errno
-
sem_init
用于初始化一个未命名的信号量
定义
int sem_init( sem_t *sem, int pshared, unsigned int value );
参数
sem
:要初始化的信号量pshared
:指定信号量的类型,如果为 0,表示这个信号量是当前进程的局部信号量,否则该信号量就可以在多个进程间共享value
:指定信号量的初始值初始化一个已经被初始化的信号量将导致不可预期的结果
-
sem_destroy
用于销毁信号量,释放其占用的内核资源
定义
int sem_destroy( sem_t *sem );
参数
sem
:要销毁的信号量销毁一个正在被其他线程等待的信号量将导致不可预期的结果
-
sem_wait
以原子操作的方式将信号量的值 -1
如果信号量的值为 0,则 sem_wait 将被阻塞直到信号量有非 0 值
定义
int sem_wait( sem_t *sem );
参数
sem
:等待的信号量 -
sem_trywait
以原子操作的方式将信号量的值 -1,它会立即返回(相当于 sem_wait 的非阻塞版本)
信号量为 0 时会返回 -1 并设置 errno 为 EAGAIN
定义
int sem_trywait( sem_t *sem );
参数
sem
:等待的信号量 -
sem_post
以原子操作的方式将信号量的值 +1
当信号量的值 > 0 时,其他正在调用 sem_wait 等待信号量的线程将被唤醒
定义
int sem_post( sem_t *sem );
参数
sem
:要释放的信号量
互斥锁
互斥锁API
互斥锁的 API 函数主要有下面五个:
- pthread_mutex_init
- pthread_mutex_destroy
- pthread_mutex_lock
- pthread_mutex_trylock
- pthread_mutex_unlock
它们定义在头文件 pthread.h
中
它们成功时会返回 0,失败则返回错误码
-
pthread_mutex_init
用于初始化互斥锁
定义
int pthread_mutex_init( pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *mutexattr );
参数
mutex
:指向要操作的目标的互斥锁mutexattr
:指定互斥锁的属性。如果设置为NULL,就表示使用默认属性 -
pthread_mutex_destroy
销毁一个互斥锁并释放其占用的内核资源
销毁一个已经加锁的互斥锁将导致不可预期的后果
定义
int pthread_mutex_destroy( pthread_mutex_t *mutex );
参数
mutex
:指向要操作的目标的互斥锁 -
pthread_mutex_lock
以原子操作方式给一个互斥锁加锁
如果目标互斥锁已经被锁上,则 pthread_mutex_lock 调用将阻塞,直到该互斥锁的占有者将其解锁
定义
int pthread_mutex_lock( pthread_mutex *mutex );
参数
mutex
:指向要操作的目标的互斥锁 -
pthread_mutex_trylock
pthread_mutex_lock 的非阻塞版本,始终立即返回
当互斥锁目标未被加锁时,对其执行加锁操作
当互斥锁已经被加锁时,返回 EBUSY
这里讨论的 pthread_mutex_lock 和 pthread_mutex_trylock 的行为是针对普通锁而言的,对于其他类型的锁而言,这两个加锁函数会有不同的行为
定义
int pthread_mutex_trylock( pthread_mutex *mutex );
参数
mutex
:指向要操作的目标的互斥锁 -
pthread_mutex_unlock
以原子操作的方式给一个互斥锁解锁
如果此时有其他线程正在等待这个互斥锁,则这些线程的某一个将获得它
定义
int pthread_mutex_unlock( pthread_mutex *mutex );
参数
mutex
:指向要操作的目标的互斥锁
互斥锁属性
互斥锁的两种常用属性有 pshared 和 type
-
pshared
指定是否允许跨进程共享互斥锁,可选值有两个:
PTHREAD_PROCESS_SHARED:互斥锁可以被跨进程共享
PTHREAD_PROCESS_PRIVATE:互斥锁只能被和锁的初始化线程隶属于同一个进程的线程共享
-
type
可选值有如下 4 种
-
PTHREAD_MUTEX_NORMAL(普通锁)
互斥锁默认的类型
当一个线程对一个普通锁加锁以后,其余请求该锁的线程将形成一个等待队列,并且在该锁解锁后按优先级获得它
这种锁类型保证了资源分配的公平性,但容易引发问题:一个线程如果对一个已经加锁的普通锁再次加锁,将引发死锁;对一个已经被其他线程加锁的普通锁解锁,或者对一个已经解锁的普通锁再次解锁,其后果是不可预期的
-
PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK(检错锁)
一个线程如果对一个已经加锁的检错锁再次加锁,将返回 EDEADLK
对一个已经被其他线程加锁的检错锁解锁,或者对一个已经解锁的检错锁再次解锁,则解锁操作返回 EPERM
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PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE(嵌套锁)
这种锁允许一个线程在释放之前多次对它加锁而不发生死锁
不过其他线程如果要获得这个锁,则当前锁的拥有者必须执行相应次数的解锁操作
对一个已经被其他线程加锁的嵌套锁解锁,或者对一个已经解锁的嵌套锁再次解锁,将返回 EPERM
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PTHREAD_MUTEX_DEFAULT(默认锁)
一个线程如果对一个已经加锁的默认锁再次加锁,或者对一个已经被其他线程加锁的默认锁解锁,或者对一个已经解锁的默认锁再次解锁,将导致不可预期的后果
这种锁在实现的时候可能被映射为上面三种锁之一
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操作属性的 API 函数
# include <pthread.h> /* 初始化互斥锁属性对象 */ int pthread_mutexattr_init( pthread_mutexattr_t *attr ); /* 销毁互斥锁属性对象 */ int pthread_mutexattr_destroy( pthread_mutexattr_t *attr ); /* 获取和设置互斥锁的 pshared 属性 */ int pthread_mutexattr_getshared( const pthread_mutexattr *attr, int *pshared); int pthread_mutexattr_setshared( pthread_mutexattr *attr, int pshared); /* 获取和设置互斥锁的 type 属性 */ int pthread_mutexattr_gettype( const pthread_mutexattr_t *attr, int *type ); int pthread_mutexattr_gettype( pthread_mutexattr_t *attr, int type );
条件变量
这篇讲得挺好的,搬过来了