スレッド同期にはいくつかの方法があります

スレッド同期にはどのような方法がありますか? Linux では、システムはスレッド同期を実現するためのさまざまな方法を提供していますが、その中で最も一般的に使用されるのは、ミューテックス ロック、条件変数、セマフォです。これら 3 つの方法に慣れていないパートナーも多いかもしれません。詳細に。

Linux でスレッド同期を実現する 3 つの方法:

1. ミューテックス ロック (ミューテックス)

ロック メカニズムを通じて、スレッド間の同期を実現します。

1. ロックを初期化します。 Linux では、スレッドのミューテックス データ型は pthread_mutex_t です。使用する前に初期化する必要があります。

静的割り当て: pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

動的割り当て: int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutex_attr_t *mutexattr);

# #2. ロック。共有リソースにアクセスするには、ミューテックスをロックする必要があります。ミューテックスがすでにロックされている場合、ミューテックスのロックが解除されるまで呼び出しスレッドはブロックされます。

int pthread_mutex_lock (pthread_mutex *mutex);

int pthread_mutex_trylock (pthread_mutex_t *mutex);

3. ロックを解除します。共有リソースへのアクセスが完了したら、ミューテックスのロックを解除する必要があります。

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

4. ロックを破棄します。ロックを使用した後、リソースを解放するにはロックを破棄する必要があります。

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex *mutex);

#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include "iostream"
using namespace std;
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
int tmp;
void* thread(void *arg)
{
cout << "thread id is " << pthread_self() << endl;
pthread_mutex_lock(&mutex);
tmp = 12;
cout << "Now a is " << tmp << endl;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
return NULL;
}
int main()
{
pthread_t id;
cout << "main thread id is " << pthread_self() << endl;
tmp = 3;
cout << "In main func tmp = " << tmp << endl;
if (!pthread_create(&id, NULL, thread, NULL))
{
cout << "Create thread success!" << endl;
}
else
{
cout << "Create thread failed!" << endl;
}
pthread_join(id, NULL);
pthread_mutex_destroy(&mutex);
return 0;
}
//编译：g++ -o thread testthread.cpp -lpthread

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2. 条件変数 (cond)

ミューテックス ロックとは異なり、条件変数はロックの代わりに待機するために使用されます。条件変数は、特別な状況が発生するまでスレッドを自動的にブロックするために使用されます。通常、条件変数とミューテックス ロックは一緒に使用されます。条件変数は、条件と変数の 2 つの部分に分かれています。条件自体はミューテックスによって保護されています。スレッドは、条件付き状態を変更する前にミューテックスをロックする必要があります。条件変数を使用すると、特定の条件が発生するまでスリープして待つことができます。条件変数は、スレッド間で共有されるグローバル変数を使用して同期するためのメカニズムであり、主に 2 つのアクションが含まれます: 1 つのスレッドは「条件変数の条件が true になる」のを待ってハングし、もう 1 つのスレッドは「条件が true になる」(与えられた条件が true になる) という 2 つのアクションが含まれます。条件が true であることを示します) 信号)。状態の検出は、ミューテックス ロックの保護の下で実行されます。条件が false の場合、スレッドは自動的にブロックし、状態が変わるのを待ってミューテックスを解放します。別のスレッドが条件を変更すると、関連付けられた条件変数に通知し、それを待機している 1 つ以上のスレッドを起動し、ミューテックスを再取得して、条件を再評価します。 2 つのプロセスが読み取り可能および書き込み可能なメモリを共有する場合、条件変数を使用して 2 つのプロセス間のスレッド同期を実現できます。

1. 条件変数を初期化します。

静的初期化、pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIER;

動的初期化、int pthread_cond_init (pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr);

# 2. 条件が確立されるまで待ちます。ロックを解放し、条件変数が true になるまでブロックします。 timewait() は待機時間を設定し、信号がない場合は ETIMEOUT を返します (ロックにより、スレッド待機が 1 つだけであることが保証されます)

int pthread_cond_wait (pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);

int pthread_cond_timewait (pthread_cond_t *cond, pthread_mutex *mutex, const timespec *abstime);

3. 条件変数をアクティブ化します。 pthread_cond_signal, pthread_cond_broadcast (待機中のすべてのスレッドをアクティブにする)

int pthread_cond_signal (pthread_cond_t *cond);

int pthread_cond_broadcast (pthread_cond_t *cond); //すべてのスレッドのブロックを解除します

4. 条件変数をクリアします。待機中のスレッドがありません。それ以外の場合、EBUSY

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

[cpp] view plain copy
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include "stdlib.h"
#include "unistd.h"
pthread_mutex_t mutex;
pthread_cond_t cond;
void hander(void *arg)
{
free(arg);
(void)pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
void *thread1(void *arg)
{
pthread_cleanup_push(hander, &mutex);
while(1)
{
printf("thread1 is running\n");
pthread_mutex_lock(&mutex);
pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
printf("thread1 applied the condition\n");
pthread_mutex_unlock(&mutex);
sleep(4);
}
pthread_cleanup_pop(0);
}
void *thread2(void *arg)
{
while(1)
{
printf("thread2 is running\n");
pthread_mutex_lock(&mutex);
pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
printf("thread2 applied the condition\n");
pthread_mutex_unlock(&mutex);
sleep(1);
}
}
int main()
{
pthread_t thid1,thid2;
printf("condition variable study!\n");
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
pthread_cond_init(&cond, NULL);
pthread_create(&thid1, NULL, thread1, NULL);
pthread_create(&thid2, NULL, thread2, NULL);
sleep(1);
do
{
pthread_cond_signal(&cond);
}while(1);
sleep(20);
pthread_exit(0);
return 0;
}

#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
static pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
static pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
struct node
{
int n_number;
struct node *n_next;
}*head = NULL;
static void cleanup_handler(void *arg)
{
printf("Cleanup handler of second thread./n");
free(arg);
(void)pthread_mutex_unlock(&mtx);
}
static void *thread_func(void *arg)
{
struct node *p = NULL;
pthread_cleanup_push(cleanup_handler, p);
while (1)
{
//这个mutex主要是用来保证pthread_cond_wait的并发性
pthread_mutex_lock(&mtx);
while (head == NULL)
{
//这个while要特别说明一下，单个pthread_cond_wait功能很完善，为何
//这里要有一个while (head == NULL)呢？因为pthread_cond_wait里的线
//程可能会被意外唤醒，如果这个时候head != NULL，则不是我们想要的情况。
//这个时候，应该让线程继续进入pthread_cond_wait
// pthread_cond_wait会先解除之前的pthread_mutex_lock锁定的mtx，
//然后阻塞在等待对列里休眠，直到再次被唤醒(大多数情况下是等待的条件成立
//而被唤醒，唤醒后，该进程会先锁定先pthread_mutex_lock(&mtx);，再读取资源
//用这个流程是比较清楚的
pthread_cond_wait(&cond, &mtx);
p = head;
head = head->n_next;
printf("Got %d from front of queue/n", p->n_number);
free(p);
}
pthread_mutex_unlock(&mtx); //临界区数据操作完毕，释放互斥锁
}
pthread_cleanup_pop(0);
return 0;
}
int main(void)
{
pthread_t tid;
int i;
struct node *p;
//子线程会一直等待资源，类似生产者和消费者，但是这里的消费者可以是多个消费者，而
//不仅仅支持普通的单个消费者，这个模型虽然简单，但是很强大
pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);
sleep(1);
for (i = 0; i < 10; i++)
{
p = (struct node*)malloc(sizeof(struct node));
p->n_number = i;
pthread_mutex_lock(&mtx); //需要操作head这个临界资源，先加锁，
p->n_next = head;
head = p;
pthread_cond_signal(&cond);
pthread_mutex_unlock(&mtx); //解锁
sleep(1);
}
printf("thread 1 wanna end the line.So cancel thread 2./n");
//关于pthread_cancel，有一点额外的说明，它是从外部终止子线程，子线程会在最近的取消点，退出
//线程，而在我们的代码里，最近的取消点肯定就是pthread_cond_wait()了。
pthread_cancel(tid);
pthread_join(tid, NULL);
printf("All done -- exiting/n");
return 0;
}

3. セマフォ (sem)

プロセスと同様に、スレッドも軽量ではありますが、セマフォを介して通信できます。セマフォ関数の名前はすべて「sem_」で始まります。スレッドで使用される基本的なセマフォ関数は 4 つあります。

1. セマフォの初期化。

int sem_init (sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

これは、sem で指定されたセマフォを初期化し、その共有オプションを設定します (Linuxは 0 (現在のプロセスのローカル セマフォであることを意味します) のみをサポートし、初期値 VALUE を与えます。

2. セマフォを待ちます。セマフォを 1 ずつ減らし、セマフォの値が 0 より大きくなるまで待ちます。

int sem_wait(sem_t *sem);

3. セマフォを解放します。セマフォ値を 1 増やします。そして、待機中の他のスレッドに通知します。

int sem_post(sem_t *sem);

4. セマフォを破棄します。セマフォは使用後にクリーンアップします。所有しているすべてのリソースを返します。

int sem_destroy(sem_t *sem);

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <errno.h>
#define return_if_fail(p) if((p) == 0){printf ("[%s]:func error!/n", __func__);return;}
typedef struct _PrivInfo
{
sem_t s1;
sem_t s2;
time_t end_time;
}PrivInfo;
static void info_init (PrivInfo* thiz);
static void info_destroy (PrivInfo* thiz);
static void* pthread_func_1 (PrivInfo* thiz);
static void* pthread_func_2 (PrivInfo* thiz);
int main (int argc, char** argv)
{
pthread_t pt_1 = 0;
pthread_t pt_2 = 0;
int ret = 0;
PrivInfo* thiz = NULL;
thiz = (PrivInfo* )malloc (sizeof (PrivInfo));
if (thiz == NULL)
{
printf ("[%s]: Failed to malloc priv./n");
return -1;
}
info_init (thiz);
ret = pthread_create (&pt_1, NULL, (void*)pthread_func_1, thiz);
if (ret != 0)
{
perror ("pthread_1_create:");
}
ret = pthread_create (&pt_2, NULL, (void*)pthread_func_2, thiz);
if (ret != 0)
{
perror ("pthread_2_create:");
}
pthread_join (pt_1, NULL);
pthread_join (pt_2, NULL);
info_destroy (thiz);
return 0;
}
static void info_init (PrivInfo* thiz)
{
return_if_fail (thiz != NULL);
thiz->end_time = time(NULL) + 10;
sem_init (&thiz->s1, 0, 1);
sem_init (&thiz->s2, 0, 0);
return;
}
static void info_destroy (PrivInfo* thiz)
{
return_if_fail (thiz != NULL);
sem_destroy (&thiz->s1);
sem_destroy (&thiz->s2);
free (thiz);
thiz = NULL;
return;
}
static void* pthread_func_1 (PrivInfo* thiz)
{
return_if_fail(thiz != NULL);
while (time(NULL) < thiz->end_time)
{
sem_wait (&thiz->s2);
printf ("pthread1: pthread1 get the lock./n");
sem_post (&thiz->s1);
printf ("pthread1: pthread1 unlock/n");
sleep (1);
}
return;
}
static void* pthread_func_2 (PrivInfo* thiz)
{
return_if_fail (thiz != NULL);
while (time (NULL) < thiz->end_time)
{
sem_wait (&thiz->s1);
printf ("pthread2: pthread2 get the unlock./n");
sem_post (&thiz->s2);
printf ("pthread2: pthread2 unlock./n");
sleep (1);
}
return;
}

上記は、Linux でスレッド同期を実現するために一般的に使用される 3 つの方法です。ご存知のとおり、最大のハイライトはスレッドの数 それはリソース共有ですが、リソース共有におけるスレッド同期の問題は大きな問題です。

以上がスレッド同期にはいくつかの方法がありますの詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。