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C++多线程中的线程同步与互斥量实例分析

发表于：2024-10-02 作者：千家信息网编辑

千家信息网最后更新 2024年10月02日，本篇内容介绍了"C++多线程中的线程同步与互斥量实例分析"的有关知识，在实际案例的操作过程中，不少人都会遇到这样的困境，接下来就让小编带领大家学习一下如何处理这些情况吧！希望大家仔细阅读，能够学有所成

千家信息网最后更新 2024年10月02日C++多线程中的线程同步与互斥量实例分析

本篇内容介绍了"C++多线程中的线程同步与互斥量实例分析"的有关知识，在实际案例的操作过程中，不少人都会遇到这样的困境，接下来就让小编带领大家学习一下如何处理这些情况吧！希望大家仔细阅读，能够学有所成！

线程同步

/*    使用多线程实现买票的案例。    有3个窗口，一共是100张票。*/#include #include #include // 全局变量，所有的线程都共享这一份资源。int tickets = 100;void * sellticket(void * arg) {    // 卖票    while(tickets > 0) {        usleep(6000);   //微秒        printf("%ld 正在卖第 %d 张门票\n", pthread_self(), tickets);        tickets--;    }    return NULL;}int main() {    // 创建3个子线程    pthread_t tid1, tid2, tid3;    pthread_create(&tid1, NULL, sellticket, NULL);    pthread_create(&tid2, NULL, sellticket, NULL);    pthread_create(&tid3, NULL, sellticket, NULL);    // 回收子线程的资源,默认阻塞状态    pthread_join(tid1, NULL);    pthread_join(tid2, NULL);    pthread_join(tid3, NULL);    // 设置线程分离。    // pthread_detach(tid1);    // pthread_detach(tid2);    // pthread_detach(tid3);    pthread_exit(NULL); // 退出主线程    return 0;}

运行结果：

产生的问题：

每一张票都卖了好几次；
卖了第0张票和-1张票，都是不对的；

三个线程抢cpu资源。

原因：休眠的时间，3个进程都进去执行了程序；多个进程对共享资源同时处理，就会产生线程同步问题。

线程的主要优势：通过全局变量来共享信息。不过，这种便捷的共享是有代价的:必须确保多个线程不会同时修改同一变量，或者某一线程不会读取正在由其他线程修改的变量。

临界区：指访问某一共享资源的代码片段，并且这段代码的执行应为原子操作，也就是同时访问同一共享资源的其他线程不应终端该片段的执行。

线程同步：即当有一个线程在对内存进行操作时，其他线程都不可以对这个内存地址进行操作，直到该线程完成操作，其他线程才能对该内存地址进行操作，而其他线程则处于等待状态。

线程同步会降低线程并发的效率，这是必须的。

互斥量

为避免线程更新共享变量时出现问题，可以使用互斥量(mutex）来确保同时仅有一个线程可以访问某项共享资源。可以使用互斥量来保证对任意共享资源的原子访问。

互斥量有两种状态：已锁定(locked)和未锁定(unlocked)。

任何时候，至多只有一个线程可以锁定该互斥量。试图对已经锁定的某一互斥量再次加锁，将可能阻塞线程或者报错失败，具体取决于加锁时使用的方法。

一旦线程锁定互斥量，随即成为该互斥量的所有者，只有所有者才能给互斥量解锁。

一般情况下，对每一共享资源（可能由多个相关变量组成）会使用不同的互斥量，每一线程在访问同一资源时将采用如下协议:

针对共享资源锁定互斥量
访问共享资源
对互斥量解锁

加锁是在临界区对共享数据操作；

如果多个线程试图执行这一块代码（一个临界区)，事实上只有一个线程能够持有该互斥量(其他线程将遭到阻塞)，即同时只有一个线程能够进入这段代码区域，如下图所示：

/*    互斥量的类型 pthread_mutex_t    int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);        - 初始化互斥量        - 参数 ：            - mutex ： 需要初始化的互斥量变量            - attr ： 互斥量相关的属性，NULL        - restrict : C语言的修饰符，被修饰的指针，不能由另外的一个指针进行操作。            pthread_mutex_t *restrict mutex = xxx;            pthread_mutex_t * mutex1 = mutex;   --不能这样操作，有restrict关键词    int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);        - 释放互斥量的资源    int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);        - 加锁，阻塞的，如果有一个线程加锁了，那么其他的线程只能阻塞等待                - 成功返回 0    int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);        - 尝试加锁，如果加锁失败，不会阻塞，会直接返回。    int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);        - 解锁*/#include #include #include // 全局变量，所有的线程都共享这一份资源。int tickets = 1000;// 创建一个互斥量 --在全局区创建pthread_mutex_t mutex;void * sellticket(void * arg) {    // 卖票    while(1) {        // 加锁        pthread_mutex_lock(&mutex);        if(tickets > 0) {            usleep(6000);            printf("%ld 正在卖第 %d 张门票\n", pthread_self(), tickets);            tickets--;        }else {            // 解锁            pthread_mutex_unlock(&mutex);            break;        }        // 解锁        pthread_mutex_unlock(&mutex);    }    return NULL;}int main() {    // 初始化互斥量    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);    // 创建3个子线程    pthread_t tid1, tid2, tid3;    pthread_create(&tid1, NULL, sellticket, NULL);    pthread_create(&tid2, NULL, sellticket, NULL);    pthread_create(&tid3, NULL, sellticket, NULL);    // 回收子线程的资源,阻塞    pthread_join(tid1, NULL);    pthread_join(tid2, NULL);    pthread_join(tid3, NULL);    pthread_exit(NULL); // 退出主线程    // 释放互斥量资源    pthread_mutex_destroy(&mutex);    return 0;}

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