Linux pthread库如何实现线程同步 - 问答

在 Linux 系统中，pthread 库提供了用于线程同步的机制，主要包括互斥锁（mutex）、条件变量（condition variable）和屏障（barrier）等。下面简要介绍这些同步原语的实现原理和使用方法。

互斥锁（mutex）：互斥锁是一种用于保护共享资源的同步原语，它可以确保同一时刻只有一个线程能够访问被保护的资源。当一个线程获得互斥锁时，其他试图获得该锁的线程将被阻塞，直到锁被释放。

使用 pthread 互斥锁的基本步骤如下：

#include <pthread.h>

pthread_mutex_t lock;

// 初始化互斥锁
pthread_mutex_init(&lock, NULL);

// 加锁
pthread_mutex_lock(&lock);

// 临界区代码

// 解锁
pthread_mutex_unlock(&lock);

// 销毁互斥锁
pthread_mutex_destroy(&lock);

条件变量（condition variable）：条件变量是一种用于线程间通信的同步原语，它允许一个线程等待某个条件成立，同时释放已经持有的锁，让其他线程有机会执行并改变条件。当条件成立时，等待的线程将被唤醒并重新获得锁。

使用 pthread 条件变量的基本步骤如下：

#include <pthread.h>

pthread_mutex_t lock;
pthread_cond_t cond;

// 初始化互斥锁和条件变量
pthread_mutex_init(&lock, NULL);
pthread_cond_init(&cond, NULL);

// 线程等待条件变量
pthread_mutex_lock(&lock);
while (/* 条件不成立 */) {
    pthread_cond_wait(&cond, &lock);
}

// 临界区代码

// 通知其他线程条件已成立
pthread_mutex_unlock(&lock);
pthread_cond_signal(&cond);

// 销毁互斥锁和条件变量
pthread_mutex_destroy(&lock);
pthread_cond_destroy(&cond);

屏障（barrier）：屏障是一种用于协调多个线程执行顺序的同步原语。当所有线程都到达屏障时，它们才能继续执行。屏障可以确保线程间的同步操作按照预定的顺序执行。

使用 pthread 屏障的基本步骤如下：

#include <pthread.h>

pthread_mutex_t lock;
pthread_cond_t cond;
int barrier_count;

// 初始化互斥锁、条件变量和屏障
pthread_mutex_init(&lock, NULL);
pthread_cond_init(&cond, NULL);
barrier_count = 3; // 假设有3个线程需要到达屏障

// 线程等待屏障
pthread_mutex_lock(&lock);
while (barrier_count > 0) {
    pthread_cond_wait(&cond, &lock);
    barrier_count--;
}

// 临界区代码

// 通知其他线程可以继续执行
pthread_mutex_unlock(&lock);
pthread_cond_broadcast(&cond);

// 销毁互斥锁和条件变量
pthread_mutex_destroy(&lock);
pthread_cond_destroy(&cond);

这些是 Linux pthread 库中实现线程同步的主要方法。在实际应用中，可以根据需求选择合适的同步原语来保护共享资源和协调线程执行顺序。

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