本篇主要講Linux環(huán)境下的多線程同步內(nèi)核對象。

（1）linux線程同步之互斥體：linux互斥體的用法與windows的臨界區(qū)對象類似，使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) pthread_mutex_t表示互斥體對象（定義于pthread.h頭文件中），初始化方式有兩種：

? ? ? ? ? ? ? 1.使用 PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER 直接給互斥體變量賦值，如：pthread_mutex_t mymutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

? ? ? ? ? ? ? 2.使用pthread_mutex_init函數(shù)初始化,如果互斥量是動態(tài)分配的或者需要給互斥量設(shè)置屬性，函數(shù)簽名：

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

? ? ? ? ? ? ? ? //參數(shù) mutex 即我們需要初始化的 mutex 對象的指針，參數(shù) attr 是需要設(shè)置的互斥體屬性，設(shè)置NULL表示默認(rèn)屬性PTHREAD_MUTEX_NORMAL(普通鎖），此外還有

PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK（檢錯鎖），PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE（嵌套鎖），普通鎖則是線程獨占，有線程占用的情況下其他線程調(diào)用上鎖函數(shù)阻塞，檢錯鎖是已

經(jīng)上鎖的線程對互斥體對象重復(fù)加鎖，上鎖返回EDEADLK，允許同一個線程對其持有的互斥體重復(fù)加鎖，每加鎖一次互斥體對象的鎖引用就會新增一次，解鎖會減少一次，當(dāng)計數(shù)為0時

其他線程才能獲得該鎖。

? ? ? ? ? ? ?? 互斥體對象銷毀：int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t* mutex); 成功則返回0 ，注意：使用 PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER 初始化的互斥量無須銷毀，要去銷毀一

個已經(jīng)加鎖或正在被條件變量使用的互斥體對象。

? ? ? ? ? ? ?? 對于互斥體的加鎖和解鎖操作一般使用以下三個函數(shù)：

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

? ? ? ? ? ? ? ? int ? pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t* mutex);

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

? ? ? ? ? ?? 使用 pthread_mutexattr_settype/pthread_mutexattr_gettype 設(shè)置或獲取想要的屬性類型：

? ? ? ? ? ? ? ? int? pthread_mutexattr_settype(pthread_mutexattr_t* attr,int type);

? ? ? ? ? ? ? ? int? pthread_mutexattr_gettype(const pthread_mutexattr_t* restrictattr,int* restricttype);

如下使用例子：

? ? ? ? ? ? ? ? ?? #include<pthread.h>

? ? ? ? ? ? ? ? ? #include<stdio.h>

? ? ? ? ? ? ? ? ? #include<errno.h>?

? ? ? ? ? ? ? ? ? int? main(){

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? pthread_mutex_t mymutex;

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? pthread_mutex_init(&mymutex, NULL);

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? int ret = pthread_mutex_lock(&mymutex);

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ret = pthread_mutex_destroy(&mymutex);

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? if (ret != 0)

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? {

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? if (errno == EBUSY)

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? printf("EBUSY\n");

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? printf("Failed to destroy mutex.\n");

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? }

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ret = pthread_mutex_unlock(&mymutex);

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ret = pthread_mutex_destroy(&mymutex);

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? if (ret == 0)

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? {

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? printf("Succeed to destroy mutex.\n");

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? }

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? return 0;

? ? ? ? ? ? ? ?? }

（2）linux線程同步之信號量：與windows的Semaphore 對象使用原理一樣，linux的信號量也可以資源多份，可同時被多個線程訪問，頭文件semaphore.h，常用的一組API函數(shù)：

? ? ? ? int? sem_init(sem_t* sem,int pshared,unsigned int value); //初始化信號量，參數(shù) sem 傳入初始化信號量地址;參數(shù) pshared表示該信號量是否可以被初始化該信號量的進(jìn)程 fork 出

來的子進(jìn)程共享，取值為 0 (不可以共享)、1(可以共享）；參數(shù) value 用于設(shè)置信號量初始狀態(tài)下資源的數(shù)量;初始化成功返回0，失敗返回-1；

? ? ? ? int? sem_destroy(sem_t* sem); //銷毀信號量

? ? ? ? int? sem_post(sem_t* sem);? //將信號量的資源計數(shù)加一，并解鎖sem_wait而阻塞的線程

? ? ? ? int? sem_wait(sem_t* sem);? //?如果當(dāng)前信號量資源計數(shù)為 0，函數(shù)會阻塞調(diào)用線程；直到信號量對象的資源計數(shù)大于 0 時被喚醒，喚醒后將資源計數(shù)遞減 1，然后立即返回

? ? ? ? int? sem_trywait(sem_t* sem); //sem_wait函數(shù)的非阻塞版，當(dāng)前信號量對象的資源計數(shù)等于 0，函數(shù)會立即返回不會阻塞調(diào)用線程，返回值是 ﹣1，錯誤碼 errno 被設(shè)置成 EAGAIN

? ? ? ? int? sem_timedwait(sem_t* sem,conststructtimespec* abs_timeout); // 帶有等待時間的版本，等待時間在第二個參數(shù) abs_timeout 中設(shè)置,不能設(shè)置為NULL，否則會奔潰

? ? ?? 注意：1.sem_wait、sem_trywait、sem_timedwait 函數(shù)將資源計數(shù)遞減一時會同時鎖定信號量對象，因此當(dāng)資源計數(shù)為 1 時，如果有多個線程調(diào)用 sem_wait 等函數(shù)等待該信號量

時，只會有一個線程被喚醒。當(dāng) sem_wait 函數(shù)返回時，會釋放對該信號量的鎖。

? ? ? ? ? ? ? ?? 2.sem_wait、sem_trywait、sem_timedwait 函數(shù)調(diào)用成功后返回值均為 0，調(diào)用失敗返回 ﹣1，可以通過錯誤碼 errno 獲得失敗原因。

? ? ? ? ? ? ? ?? 3.sem_wait、sem_trywait、sem_timedwait 可以被 Linux 信號中斷，被信號中斷后，函數(shù)立即返回，返回值是 ﹣1，錯誤碼 errno 為 EINTR。

（3）linux線程同步之條件變量：為了讓條件變量和互斥對象兩者為原子操作，則兩者需要同時結(jié)合使用，否則會出現(xiàn)CPU的調(diào)度導(dǎo)致線程獲得互斥對象但是卻錯過了條件變量喚醒的信

號導(dǎo)致線程阻塞。條件變量常用API函數(shù)如下：

? ? ? ? int? pthread_cond_init(pthread_cond_t* cond,const pthread_condattr_t* attr); //初始化函數(shù) 也可使用 pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER代替;

? ? ? ? int? pthread_cond_destroy(pthread_cond_t* cond);? //銷毀函數(shù)

? ? ? ? int? pthread_cond_wait(pthread_cond_t* restrict cond,pthread_mutex_t* restrict mutex); //條件變量不滿足，線程阻塞

? ? ? ? int? pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t* restrictcond,pthread_mutex_t* restrictmutex,const struct timespec* restrict abstime); //等待的非租塞函數(shù)，指定時間返回

? ? ? ? int? pthread_cond_signal(pthread_cond_t* cond); // 一次喚醒一個線程，具體哪個線程視情況而定，返回值非0為失敗

? ? ? ? int? pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t* cond);? //廣播喚醒，一次喚醒多個線程 ，返回值非0為失敗

? ? ? 注意：1.當(dāng) pthread_cond_wait 函數(shù)阻塞時，它會釋放其綁定的互斥體，并阻塞線程，因此在調(diào)用該函數(shù)前應(yīng)該對互斥體有個加鎖操作，當(dāng)收到條件信號時， pthread_cond_wait?

會返回并對其綁定的互斥體進(jìn)行加鎖，因此在其下面一定有個對互斥體進(jìn)行解鎖的操作。

? ? ? ? ? ? ? ? 2.條件變量的虛假喚醒：操作系統(tǒng)可能會在一些情況下喚醒條件變量，即使沒有其他線程向條件變量發(fā)送信號，等待此條件變量的線程也有可能會醒來。pthread_cond_wait?

是 futex 系統(tǒng)調(diào)用，屬于阻塞型的系統(tǒng)調(diào)用，當(dāng)系統(tǒng)調(diào)用被信號中斷的時候，會返回 ﹣1，并且把 errno 錯誤碼置為 EINTR。很多這種系統(tǒng)調(diào)用為了防止被信號中斷都會重啟系統(tǒng)調(diào)用

（即再次調(diào)用一次這個函數(shù)）。

? ? ? ? ? ? ? 3.如果一個條件變量信號條件產(chǎn)生時（調(diào)用 pthread_cond_signal 或pthread_cond_broadcast），沒有相關(guān)的線程調(diào)用 pthread_cond_wait 捕獲該信號，那么該信號條件就

會永久性地丟失了，再次調(diào)用 pthread_cond_wait 會導(dǎo)致永久性的阻塞，因此，一定要確保等待的線程在產(chǎn)生條件變量信號的線程發(fā)送條件信號之前調(diào)用 pthread_cond_wait。?

（4) linux線程同步之讀寫鎖：讀寫鎖在 Linux 系統(tǒng)中使用類型 pthread_rwlock_t 表示，?

? ? ? ? ? ? 讀鎖用于共享模式：

? ? ? ? ?? 如果當(dāng)前讀寫鎖已經(jīng)被某線程以讀模式占有了，其他線程調(diào)用pthread_rwlock_rdlock（請求讀鎖）會立刻獲得讀鎖；

? ? ? ? ?? 如果當(dāng)前讀寫鎖已經(jīng)被某線程以讀模式占有了，其他線程調(diào)用pthread_rwlock_wrlock（請求寫鎖）會陷入阻塞。

? ? ? ? ?? 寫鎖用的是獨占模式：

? ? ? ? ? 如果當(dāng)前讀寫鎖被某線程以寫模式占有，無論調(diào)用pthread_rwlock_rdlock還是pthread_rwlock_wrlock都會陷入阻塞，即寫模式下不允許任何讀鎖請求通過，也不允許任何寫鎖

請求通過，讀鎖請求和寫鎖請求都要陷入阻塞，直到線程釋放寫鎖。

? ? ? ? ?? 讀寫鎖初始化和銷毀的API：

? ? ? ? ?? int? pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t* rwlock,const pthread_rwlockattr_t* attr); //參數(shù) rwlock 即需要初始化和銷毀的讀寫鎖對象的地址，參數(shù) attr 用于設(shè)置讀寫鎖的屬性,設(shè)置

NULL表示默認(rèn)屬性，返回非0 為失敗,當(dāng)不需要動態(tài)創(chuàng)建或者設(shè)置非默認(rèn)屬性的讀寫鎖對象，可使用?pthread_rwlock_t myrwlock = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER; 初始化

? ? ? ? ?? int? pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t* rwlock); //銷毀讀寫鎖

? ? ? ? ? 請求讀鎖和寫鎖API數(shù)：

? ? ? ? ?? int? pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t* rwlock);

? ? ? ? ?? int? pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t* rwlock);

? ? ? ? ?? int? pthread_rwlock_timedrdlock(pthread_rwlock_t* rwlock,conststructtimespec* abstime);

? ? ? ? ?? int? pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t* rwlock);

? ? ? ? ?? int? pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t* rwlock);

? ? ? ? ?? int? pthread_rwlock_timedwrlock(pthread_rwlock_t* rwlock,conststructtimespec* abstime);

? ? ? ? ? 無論是讀鎖還是寫鎖，鎖的釋放都是一個接口：

? ? ? ? ? int? pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t* rwlock);

? ? ? ? ? 讀寫鎖的屬性類型是 pthread_rwlockattr_t ，glibc 引入了如下接口來查詢和改變讀寫鎖的類型：

? ? ? ? ? int? pthread_rwlockattr_setkind_np(pthread_rwlockattr_t* attr,intpref);

? ? ? ? ? int? pthread_rwlockattr_getkind_np(constpthread_rwlockattr_t* attr,int* pref);

? ? ? ? ? pthread_rwlockattr_setkind_np 的第二個參數(shù) pref 即設(shè)置讀寫鎖的類型，其取值有如下幾種：

? ? ? ? enum{

? ? ? ? PTHREAD_RWLOCK_PREFER_READER_NP, ? //讀者優(yōu)先（即同時請求讀鎖和寫鎖時，請求讀鎖的線程優(yōu)先獲得鎖）?

? ? ? ? PTHREAD_RWLOCK_PREFER_WRITER_NP, //不要被名字所迷惑，也是讀者優(yōu)先

? ? ?? PTHREAD_RWLOCK_PREFER_WRITER_NONRECURSIVE_NP,? ? //寫者優(yōu)先（即同時請求讀鎖和寫鎖時，請求寫鎖的線程優(yōu)先獲得鎖） ? ? ? ? ? ?

? ? ? ? PTHREAD_RWLOCK_DEFAULT_NP = PTHREAD_RWLOCK_PREFER_READER_NP // 默認(rèn)，讀者優(yōu)先

? ? ? ? };

? ? ?? 初始化和銷毀 pthread_rwlockattr_t 對象：

? ? ?? int? pthread_rwlockattr_init(pthread_rwlockattr_t* attr);

? ? ?? in? tpthread_rwlockattr_destroy(pthread_rwlockattr_t* attr);

? ? ?? 初始化一個寫者優(yōu)先的讀寫鎖的例子：

? ? ?? pthread_rwlockattr_t attr;

? ? ?? pthread_rwlockattr_init(&attr);

? ? ?? pthread_rwlockattr_setkind_np(&attr, PTHREAD_RWLOCK_PREFER_WRITER_NONRECURSIVE_NP);pthread_rwlock_t rwlock;

? ? ?? pthread_rwlock_init(&rwlock, &attr);

（5）C++11/14/17線程資源同步對象：C/C++提供的直接使用操作系統(tǒng)的功能函數(shù)雖然強(qiáng)大，也存在功能限制，同樣的代碼不能通知兼容linux和windows，因此C++11以及后續(xù)更新封裝

同步輔助類std::mutex、std::condition_variable、std::lock_guard、std::unique_lock，極大的方便了跨平臺開發(fā)。

? ? ? ?? 常用的比如 std::mutex （C++11互斥對象）、std::shared_mutex(C++17共享的互斥量)，均提供了加鎖（lock）、嘗試加鎖（trylock）和解鎖（unlock）的方法，為了避免死鎖，例

如std::mutex.lock() 和 std::mutex::unlock() 方法需要成對使用，為了防止函數(shù)出口過多導(dǎo)致加鎖后沒有解鎖導(dǎo)致死鎖，推薦 RAII 技術(shù)封裝加鎖和解鎖的兩個接口，同時C++11也提供如

下封裝：

? ? ? ?? 互斥量管理 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? 版本 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? 作用

? ? ? ? lock_guard ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? C++11 ? ? ? ? ? ? ? ?? 基于作用域的互斥量管理

? ? ? ? unique_lock ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? C++11 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 更加靈活的互斥量管理

? ? ? ? shared_lock ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? C++14 ? ? ? ? ? ? ? ? ?? 共享互斥量的管理

? ? ? ? scope_lock ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? C++17 ? ? ? ? ? ? ? ? ?? 多互斥量避免死鎖的管理

? ? ? ? 注意：1.比如? void func(){

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? std::lock_guard<std::mutex> guard(mymutex);

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? //在這里放被保護(hù)的資源操作

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? }?

? ? ? ?? mymutex 的類型是 std::mutex，在 guard 對象的構(gòu)造函數(shù)中，會自動調(diào)用 mymutex.lock() 方法加鎖，當(dāng)該函數(shù)出了作用域后，調(diào)用 guard 對象時析構(gòu)函數(shù)時會自動調(diào)用 ?

mymutex.unlock() 方法解鎖 ，因此 mymutex 生命周期必須長于函數(shù) func 的作用域。

? ? ? ? ? ? ? ? ? 2.重復(fù)加鎖可能會造成程序奔潰，如果一個 std::mutex 對象已經(jīng)調(diào)用了 lock() 方法，再次調(diào)用時，其行為是未定義的，“行為未定義”即在不同平臺上可能會有不同的行為。

? ? ? ? std::condition_variable表示條件變量，與linux環(huán)境下的原生條件變量一樣，提供了等待條件變量滿足的 wait 系列方法（wait、wait_for、wait_until 方法），發(fā)送條件信號使用?

notify 方法（notify_one 和 notify_all 方法），當(dāng)然使用 std::condition_variable 對象時需要綁定一個 std::unique_lock 或 std::lock_guard 對象，但是C++ 11 中 std::condition_variable 不

再需要顯式調(diào)用方法初始化和銷毀。