Linux线程同步：高速缓存

2022-10-27 22:01:52

一、线程同步的概念

线程同步？怎么同步？一起运行？一起停止？我当年听说线程同步这个词的时候，也是一头雾水。

在人们的日常生活中的锁大概有两种：一种是不允许访问；另一种是资源忙，同一时间只允许一个使用者占用，其它使用者必须要等待。

1）不允许访问的锁容易理解，就像每家每户的门锁，不允许外人进入。

2）第二种锁，例如火车上的厕所，它是公共的，空闲的时候任何人可以进入，人进去以后就会把它锁起来，其它的人如果要上厕所，必须等待解锁，即里面的人出来。还有红绿灯，红灯是加锁，绿灯是解锁。

对多线程来说，资源是共享的，基本上不存在不允许访问的情况，但是，共享的资源在某一时间点只能有一个线程占用，所以需要给资源加锁。

不知道是什么人采用了线程同步这个词，如果让我的命名，我会定义为线程锁，锁线程吗？不是，是锁共享资源，线程给共享资源加的锁。

线程的锁的种类有互斥锁、读写锁、条件变量、自旋锁、信号灯。

在本章节中，只介绍互斥锁，其它的锁应用场景复杂，开发难度很大，不合适初学者。

二、互斥锁

互斥锁机制是同一时刻只允许一个线程占有共享的资源。

1、初始化锁

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex,const pthread_mutex_attr_t *mutexattr);

其中参数 mutexattr 用于指定锁的属性（见下），如果为NULL则使用缺省属性。

互斥锁的属性在创建锁的时候指定，当资源被某线程锁住的时候，其它的线程在试图加锁时表现将不同。当前有四个值可供选择：

1）PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP，这是缺省值，也就是普通锁。当一个线程加锁以后，其余请求锁的线程将形成一个等待队列，并在解锁后按优先级获得锁。这种锁策略保证了资源分配的公平性。

2）PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE_NP，嵌套锁，允许同一个线程对同一个锁成功获得多次，并通过多次unlock解锁。

3）PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK_NP，检错锁，如果同一个线程请求同一个锁，则返回EDEADLK，否则与PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP类型动作相同。

4）PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP，适应锁，动作最简单的锁类型，等待解锁后重新竞争。

2、阻塞加锁

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex *mutex);

如果是锁是空闲状态，本线程将获得这个锁；如果锁已经被占据，本线程将排队等待，直到成功的获取锁。

3、非阻塞加锁

int pthread_mutex_trylock( pthread_mutex_t *mutex);

该函数语义与 pthread_mutex_lock() 类似，不同的是在锁已经被占据时立即返回 EBUSY，不是挂起等待。

4、解锁

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex *mutex);

线程把自己持有的锁释放。

5、销毁锁（此时锁必需unlock状态，否则返回EBUSY）

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex *mutex);

销毁锁之前，锁必需是空闲状态（unlock）。

三、示例程序

多线程可以共享资源（变量和对象），对编程带来了方便，但是某些对象虽然可以共享，但在同一个时间只能由一个线程使用，多个线程同时使用会产生冲突，例如socket连接，数据库连接池。

我们把前几章节的socket客户端程序book247.cpp修改为多线程。

示例（book263.cpp）

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netdb.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <pthread.h>
 
//xx pthread_mutex_t mutex; // 申明一个互斥锁
 
// 与客户端通信线程的主函数
void *pth_main(void *arg)
{
  int pno=(long)arg;   // 线程编号
 
  pthread_detach(pthread_self());
 
  char strbuffer[1024];
 
  for (int ii=0;ii<3;ii++)    // 与服务端进行3次交互。
  {
    //xx pthread_mutex_lock(&mutex);  // 加锁
    memset(strbuffer,0,sizeof(strbuffer));
    sprintf(strbuffer,"线程%d：这是第%d个超级女生，编号%03d。",pno,ii+1,ii+1);
    if (TcpClient.Send(strbuffer,strlen(strbuffer))<=0) break;
    printf("发送：%s\n",strbuffer);
 
    memset(strbuffer,0,sizeof(strbuffer));
    if (TcpClient.Recv(strbuffer,sizeof(strbuffer))<=0) break;
    printf("线程%d接收：%s\n",pno,strbuffer);
    //xx pthread_mutex_unlock(&mutex);  // 释放锁
    // usleep(100);   // usleep(100)，否则其它的线程无法获得锁。
  }
 
  pthread_exit(0);
}
 
int main()
{
  // 向服务器发起连接请求
  if (TcpClient.ConnectToServer("172.16.0.15",5051)==false)
  { printf("TcpClient.ConnectToServer(\"172.16.0.15\",5051) failed,exit...\n"); return -1; }
 
  //xx pthread_mutex_init(&mutex,0); // 创建锁
 
  pthread_t pthid1,pthid2;
  pthread_create(&pthid1,NULL,pth_main,(void*)1);   // 创建第一个线程
  pthread_create(&pthid2,NULL,pth_main,(void*)2);   // 创建第二个线程
 
  pthread_join(pthid1,NULL);    // 等待线程1退出。
  pthread_join(pthid2,NULL);    // 等待线程2退出。
 
  //xx pthread_mutex_lock(&mutex);   // 销毁锁
}

在book263.cpp程序中，客户端成功连上服务器后，创建两个线程，同时与服务端进行通信，发送3个请求报文并接收服务端的回应。

book263.cpp暂时不启用锁，先试试效果。

启动服务端程序book261，然后再启动book263。

运行效果