线程的控制

互斥

概念

互斥：在多线程中对临界资源(公共资源)的排他性访问。
互斥机制 >>互斥锁  >>保证临界资源的访问控制。

通过使用互斥锁，可以确保某一时刻只有一个线程能够访问临界资源，从而避免竞争条件（race conditions）的发生

pthread_mutex_t   mutex;
互斥锁类型        互斥锁变量 内核对象

框架：
 定义互斥锁 >>初始化锁 >>加锁 >>解锁 >>销毁
****                                        ***      ***

定义

pthread_mutex_t   mutex;

定义变量（一般定义为全局变量）

初始化锁

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

• 功能

将已经定义好的互斥锁初始化。

• 参数

mutex 要初始化的互斥锁
atrr  初始化的值，一般是NULL表示默认锁

• 返回值

成功 0        失败 非零

加锁

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

• 功能

用指定的互斥锁开始加锁代码
加锁后的代码到解锁部分的代码属于原子操作（最小操作、不可再分割的操作），
在加锁期间其他进程/线程都不能操作该部分代码（这部分代码应该尽可能短）
如果该函数在执行的时候，mutex已经被其他部分使用则代码阻塞。

• 参数

 mutex 用来给代码加锁的互斥锁

• 返回值

成功 0        失败 非零

加锁时机

• 访问共享资源时

在任何线程需要读写共享资源（如全局变量、共享数据结构、文件等）之前，应该先上锁。这样可以防止其他线程同时访问这个资源，导致数据竞争或不一致的问题。

例如：在一个银行账户系统中，多个线程同时更新账户余额时，应在修改余额之前锁定。

• 进入临界区时

临界区是指代码中可能被多个线程并发访问，且访问时需要互斥的部分。临界区通常是需要同步的代码块，在进入临界区前应上锁。

例如：在生产者-消费者模型中，生产者和消费者访问同一个缓冲区时，需要在进入缓冲区的操作代码之前上锁。

• 检查或修改共享状态时

如果线程需要检查或修改某个共享状态（如队列的长度、任务的状态等），应该在检查或修改之前上锁，以确保其他线程不会在中间更改状态。

例如：在线程池中，当线程检查是否有任务可用时，应先上锁以确保状态一致

解锁

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

• 功能

将指定的互斥锁解锁。
解锁之后代码不再排他访问，一般加锁解锁同时出现。

• 参数

用来解锁的互斥锁

• 返回值

成功 0        失败 非零

解锁时机

• 离开临界区时

当线程完成了对共享资源的访问或完成了临界区的操作，应立即解锁。这样其他等待的线程可以获取锁并继续执行，避免死锁或资源饥饿。

例如：在修改完共享数据之后，线程应立即解锁以释放互斥锁，让其他线程可以访问共享数据。

• 操作完成时

如果锁是为了保护某个操作的原子性（即操作不可分割），那么在操作完成后应解锁。

例如：如果线程锁定了一个文件进行读写操作，在操作完成后应解锁，以便其他线程可以访问文件。

• 上锁：在访问共享资源、进入临界区、或检查/修改共享状态之前上锁
• 解锁：在离开临界区、操作完成后立即解锁

 销毁

 int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

• 功能

使用互斥锁完毕后需要销毁互斥锁

• 参数

mutex 要销毁的互斥锁

• 返回值

成功  0        失败  非零
 

trylock

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);

• 功能

类似加锁函数效果，唯一区别就是不阻塞

• 参数

mutex 用来加锁的互斥锁

• 返回值

成功 0        失败 非零
当锁已经被占用时，通常返回 E_AGAIN

同步

线程的同步 

同步 ：有一定先后顺序的对资源的排他性访问。

同步产生原因：互斥锁可以控制排他访问但没有次序。

linux下的线程同步 >>信号量机制 >>semaphore.h   posix 
sem_open();

信号量的分类：
1、无名信号量 ——线程间通信
2、有名信号量 ——进程间通信

框架：
信号量的定义>>信号量的初始化 >>信号量的PV操作>>信号量的销毁
 

信号量的定义 

semaphore 
sem_t            sem;
信号量的类型     信号量的变量

信号量的初始化

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

• 功能

将已经定义好的信号量赋值。

• 参数

sem 要初始化的信号量
pshared = 0 ;表示线程间使用信号量
             !=0 ;表示进程间使用信号量
value 信号量的初始值，一般无名信号量
          都是二值信号量，0 1 
          0 表示红灯，进程暂停阻塞
          1 表示绿灯，进程可以通过执行

返回值：成功  0        失败  -1；

信号量的PV 操作

P :申请资源——申请一个二值信号量 （0or1）
V :释放资源——释放一个二值信号量

P操作对应函数 ：sem_wait();
V操作对应函数 ：sem_post();
 

sem_wait()

int sem_wait(sem_t *sem);

• 功能

判断当前sem信号量是否有资源可用。
  如果sem有资源(==1)，则申请该资源，程序继续运行
  如果sem没有资源(==0)，则线程阻塞等待，一 旦有资源
  则自动申请资源并继续运行程序。

  注意：sem 申请资源后会自动执行 sem = sem - 1;（可用作计数信号量）

• 参数

sem 要判断的信号量资源

• 返回值

成功 0         失败 -1

sem_post()

int sem_post(sem_t *sem);

• 功能

函数可以将指定的sem信号量资源释放
  并默认执行，sem = sem+1;
  线程在该函数上不会阻塞。

• 参数

sem 要释放资源的信号量

• 返回值

成功 0        失败 -1；

信号量的销毁

int sem_destroy(sem_t *sem);

• 功能

使用完毕将指定的信号量销毁

• 参数

sem要销毁的信号量

• 返回值

死锁的产生

产生死锁的原因

主要是：
（1） 因为系统资源不足。
（2） 进程运行推进的顺序不合适。
（3） 资源分配不当等。
如果系统资源充足，进程的资源请求都能够得到满足，死锁出现的可能性就很低，否则
就会因争夺有限的资源而陷入死锁。其次，进程运行推进顺序与速度不同，也可能产生死锁。

产生死锁的四个必要条件

（1） 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程（线程）使用。
（2） 请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
（3） 不剥夺条件：进程已获得的资源，在末使用完之前，不能强行剥夺。
（4） 循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。