线程的同步互斥

互斥

互斥保证了在一个时间内只有一个线程访问一个资源。

先看一段代码：三个线程同时对全局变量val进行--，同时val每自减一次其线程局部存储的全局变量++

#include <iostream>
#include <thread>
#include <vector>
#include <unistd.h>
#define NUM 3//线程数量
using namespace std;int val = 10;
__thread int t_val = 0;void fun(string name)
{while(1){if(val > 0){usleep(10000);cout << name << " get one" << " total: " << t_val << " val: " << val <<endl;val--;t_val++;}else {break;}}}int main()
{thread trd[NUM];//创建多个线程for(int i = 0; i < NUM; i++){string name = "thread" + to_string(i+1);trd[i] = thread(fun, name);}//等待线程for(int i = 0; i < NUM; i++){trd[i].join();}return 0;
}

最终的结果val竟然出现了负数，为什么呢？

因为线程函数的操作是非原子的，线程可能在任何一步被切换。这就会导致数据不一致问题，要想解决就必须使用锁。

锁——mutex

mutex是无参构造，不支持拷贝构造。

两个无参接口，用来加锁和解锁

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <thread>
#include <vector>
#include <mutex>
#define NUM 3 // 线程数量
using namespace std;int val = 10;
thread_local int t_val = 0;
mutex mut;void fun(string name)
{while (1){{mut.lock();if (val > 0){usleep(10000);t_val++;val--;cout << name << " get one" << " total: " << t_val << " val: " << val << endl;mut.unlock();}else{mut.unlock();break;}}usleep(2);}
}int main()
{thread trd[NUM];// 创建多个线程for (int i = 0; i < NUM; i++){string name = "thread" + to_string(i + 1);trd[i] = thread(fun, name);}// 等待线程for (int i = 0; i < NUM; i++){trd[i].join();}return 0;
}

加锁保证锁内资源的数据安全性，是一种用时间换取安全的方式。锁在任何时候只能被一个线程申请，那么临界资源就只能被一个线程使用和修改，保证了数据一致性。

锁的分配也要合理，不然会导致线程的饥饿问题。如果线程在释放锁后立马申请锁就会导致其他线程无法获取锁

锁的原理

lock不是原子的，先将立即数0放到寄存器中，再将寄存器内容和内存中的mutex内容交换，最后判断寄存器内容。虽然lock不是原子的，不过即使发生进程切换，也不会发生错误。

锁未被申请时，mutex值为1。被申请后会将1传递到寄存器中，所以锁就是一种传递，哪个线程传递1到寄存器就可以执行

unlock是原子的，将mutex值置为1。

同步

同步可以在数据安全的情况下，让线程按照特定的顺序访问临界资源。

条件变量——condition_variable

wait 可以让线程停止并等待通知，直到其他线程用notify接口发出通知，线程才会被唤醒。

使用 wait 必须搭配 std::unique_lock<std::mutex> 一起使用

notify_one：通知一个正在等待的线程

notify_all：通知所有正在等待的线程

例子：

通过等待，判断临界资源是否准备就绪，决定线程是否继续执行。

#include <iostream>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <thread>
#include <unistd.h>using namespace std;
mutex m;
condition_variable cond;
bool flag = false;void fun()
{unique_lock<mutex> ul(m);cout << "已加锁，即将等待" << endl;while(flag != true){cond.wait(ul);cout << "结束等待，判断flag条件" << endl;}cout << "执行任务。。。" << endl;
}int main()
{thread th(fun);sleep(1);cond.notify_one();sleep(1);flag = true;cond.notify_one();th.join();cout << "end" << endl;return 0;
}