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Linux 线程互斥

线程封装

为了简化 POSIX 线程 (pthread) 的使用，我们可以自定义一个线程封装类 MyThread。该类通过提供线程的启动和控制功能，使得线程的创建更加面向对象和便捷。

类定义

class MyThread {    public:        MyThread(pthread_t tid, const std::string &name, func_t func)            : _tid(tid), _name(name), _isrunning(false), _fun(func) {            std::cout << "My tid is " << _tid << " name is " << _name << std::endl;        }        ~MyThread() {} // 孤立        static void *ThreadRoutine(void *args) {            MyThread *th = static_cast
   
    (args);            th->_fun();            return nullptr;        }        void Start() {            int retValue = pthread_create(&_tid, nullptr, ThreadRoutine, this);            if (retValue != 0) {                std::cout << "Create thread failed! Error code: " << retValue << std::endl;                return;            } else {                _isrunning = true;                std::cout << "Thread started successfully." << std::endl;            }        }        void Join() {            if (!_isrunning)                return;            int retValue = pthread_join(_tid, nullptr);            if (retValue == 0) {                _isrunning = false;            } else {                std::cout << "Join failed! Error code: " << retValue << std::endl;            }        }    private:        pthread_t _tid;        std::string _name;        bool _isrunning;        func_t _fun;};
   

使用例子

#include "thread.hpp"void Print() {    std::cout << "Step in" << std::endl;    while (true) {        std::cout << "I am running" << std::endl;        sleep(1);    }}int cnt = 0;std::string GetName() {    std::string name = "thread : " + std::to_string(cnt);    cnt++;    return name;}int main() {    pthread_t tid = 0;    MyThread th(tid, GetName(), Print);    th.Start();    th.Join();    return 0;}

注意事项

• 静态成员函数：ThreadRoutine 必须是静态的，因为它作为线程入口点，不能持有 MyThread 实例。
• 参数传递：Start 方法将 this 作为参数传递给 pthread_create，允许线程实例在静态成员函数中访问自身的成员。
• 线程结束：使用 Join 方法等待线程结束，并正确释放资源。

线程互斥

多个线程同时访问公共资源（临界区域）可能导致竞态条件（Race Condition），导致数据一致性问题。解决方法是使用互斥锁（Mutex）。

模拟抢票问题

#include 
   
    #include 
    
     #include 
     
      int ticket = 100;void *route(void *arg) {    char *id = (char *)arg;        while (1) {        pthread_mutex_lock(nullptr);        if (ticket > 0) {            usleep(1000);            printf("%s sells ticket %d\n", id, ticket);            ticket--;        } else {            pthread_mutex_unlock(nullptr);            break;        }    }    return nullptr;}int main() {    pthread_t t1, t2, t3, t4;    pthread_create(&t1, nullptr, route, (void *)"thread 1");    pthread_create(&t2, nullptr, route, (void *)"thread 2");    pthread_create(&t3, nullptr, route, (void *)"thread 3");    pthread_create(&t4, nullptr, route, (void *)"thread 4");    pthread_join(t1, nullptr);    pthread_join(t2, nullptr);    pthread_join(t3, nullptr);    pthread_join(t4, nullptr);    return 0;}
     
    
   

解释

• 互斥锁：确保只有一个线程可以访问 ticket，防止票被多次购买。
• 线程启动：使用 pthread_create 创建四个售票线程。
• 等待线程：使用 pthread_join 等待所有线程完成操作。

优化票卖逻辑

void *route(void *arg) {    char *id = static_cast
   
    (arg);    while (1) {        pthread_mutex_lock(&mutex);        if (ticket > 0) {            sleep(1); // 模拟购票耗时            printf("%s sells ticket %d\n", id, ticket);            ticket--;        }        pthread_mutex_unlock(&mutex);        if (ticket <= 0) {            break;        }    }    return nullptr;}
   

###Linux下的互斥锁接口

在 Linux 中，互斥锁接口包括以下函数：

• pthread_mutex_init(pthread_mutex_t mutex, const pthread_mutexattr_t *)：初始化互斥锁。
• pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t mutex)：销毁互斥锁。
• pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t mutex)：锁定互斥锁。
• pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t mutex)：非阻塞锁定互斥锁。
• pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t mutex)：解锁互斥锁。
• pthread_mutexattr_init(pthread_mutexattr_t *attr)：初始化互斥锁属性。
• pthread_mutexattr_settype(pthread_mutexattr_t *attr, int type)：设置互斥锁属性类型。

结论

通过使用互斥锁，可以有效地保护共享资源，防止竞态条件。掌握这些知识对于开发安全的多线程程序至关重要，确保程序稳定运行。