线程间通信
信息交换：
使用多个线程都可见的内存区域
线程互斥锁：
保障有同一把锁保护的共享资源被多个线程互斥访问
互斥锁：pthread_mutex_t
互斥锁初始化：pthread_mutex_init
互斥锁的获取（加锁）pthread_mutex_lock
互斥锁的释放（解锁）pthread_mutex_unlock
线程信号量：
解决多个线程在使用有限资源时的同步问题
线程信号量：sem_t
信号量的初始化：sem_init
信号量的获取：sem_wait
信号量的释放：sem_post
信号量的销毁：sem_destory
原子性操作：
或全执行，或全不执行。
逻辑图
举个例子：模拟排队系统，单运程多线程
新建一个自定义头文件，存放链表结构体
#ifndef __SQ_QUEUE_H__
#define __SQ_QUEUE_H__
// 定义链式队列中元素的实际类型的别名
// 注意：队列中可以存放任意类型的数据
typedef int datatype_t ;
// 定义链式队列中结点的类型及其别名
typedef struct _queue_node
{
datatype_t data;
struct _queue_node *next;
}queue_node_t;
// 定义存放链式队列队首和队尾指针的结构类型及其别名
typedef struct _link_queue
{
queue_node_t *front;
queue_node_t *rear;
}link_queue_t;
// 创建一个空的链式队列
link_queue_t *create_empty_link_queue(void);
// 判断链式队列是否为空，为空返回1，否则，0
int is_empty_of_link_queue(link_queue_t *queue);
// 求链式队列中元素的个数即队列长度
int length_of_link_queue(link_queue_t *queue);
// 入队操作(即在队尾插入数据结点)
int insert_to_link_queue(link_queue_t *queue,
datatype_t x);
// 出队操作(即在对头删除数据结点)
int delete_from_link_queue(link_queue_t *queue,
datatype_t *px);
// 清空链式队列
void clear_link_queue(link_queue_t *queue);
// 销毁链式队列
void destroy_link_queue(link_queue_t *queue);
// 遍历打印链式队列中的数据
void print_data_info_of_link_queue(link_queue_t *queue);
#endif
对链表的操作：新建链表、尾插、头删、清空数据、判断链表长度、删除链表
#include "link_queue.h"
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
// 创建链式队列
link_queue_t *create_empty_link_queue(void)
{
// 为包含队首和队尾指针的结点动态申请空间
link_queue_t *queue = (link_queue_t *)malloc(sizeof(link_queue_t));
// 队首指针和队尾指针均指向头结点
queue->front = queue->rear = (queue_node_t *)malloc(sizeof(queue_node_t));
queue->front->next = NULL;
return queue;
}
// 判断链式队列是否为空，为空返回1，否则0
int is_empty_of_link_queue(link_queue_t *queue)
{
return queue->front == queue->rear;
// return queue->front->next == NULL;
}
// 求链式队列的数据元素个数即队列长度
int length_of_link_queue(link_queue_t *queue)
{
int len = 0;
queue_node_t *p = queue->front;
while(p->next != NULL)
{
len++;
p = p->next;
}
return len;
}
// 入队操作，成功返回0，失败-1
int insert_to_link_queue(link_queue_t *queue,
datatype_t x)
{
// 队列不存在，插入失败返回
if(queue == NULL)
return -1;
// 1.为插入的数据申请结点空间
queue_node_t *p = (queue_node_t *)malloc(sizeof(queue_node_t));
p->data = x;
// 2.插入到队尾指针的后一个位置
p->next = queue->rear->next;
queue->rear->next = p;
// 3.更新队尾指针
queue->rear = queue->rear->next;
return 0;
}
// 出队操作，成功，返回0；失败，-1
int delete_from_link_queue(link_queue_t *queue,
datatype_t *px)
{
// 如果队列不存在或队列为空，出队失败
if(queue == NULL || is_empty_of_link_queue(queue))
return -1;
// 1.定位出队的数据结点的位置
queue_node_t *p = queue->front->next;//头删
// 2.将该结点从链式队列中移除
queue->front->next = p->next;
// 3.如果需要，将待出队元素的值传出
if(px != NULL)
*px = p->data;
// 4.释放结点空间
free(p);
// 注意：如果出队之后，队列为空，重定位尾指针的位置
if(queue->front->next == NULL)
queue->rear = queue->front;
return 0;
}
// 清空链式队列
void clear_link_queue(link_queue_t *queue)
{
queue_node_t *p = NULL;
// 循环的采用头删法删除链式队列的数据结点直到队列为空
while(!is_empty_of_link_queue(queue))
{
p = queue->front->next;
queue->front->next = p->next;
free(p);
}
}
// 销毁链式队列
void destroy_link_queue(link_queue_t *queue)
{
// 清空链式队列
clear_link_queue(queue);
// 释放链式队列头结点空间
free(queue->front);
// 释放队首和队尾指针结点空间
free(queue);
}
// 根据实际datatype_t类型打印数据
static void print_data(datatype_t x)
{
printf("%d ", x);
}
// 遍历打印链式队列的数据结点
void print_data_info_of_link_queue(link_queue_t *queue)
{
queue_node_t *p = queue->front;
printf("linkqueue : ");
while(p->next != NULL)
{
p = p->next;
print_data(p->data);
}
printf("\n");
}
产生链表，随时间间隔插入和删除，有互斥锁
// 练习：模拟银行的排队系统
#include <stdio.h>
#include "link_queue.h"
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <semaphore.h>
#define MAX_CLIENT_COUNT 100
// 全局队列：用于存放用户ID的链式队列
link_queue_t *queue;
// 互斥锁：用于保障生产者线程和消费者线程互斥访问用户队列
pthread_mutex_t mutex;
// 用户数信号量：用于表示当前可用的用户个数
sem_t client_sem;
// 空余排队数信号量：用于表示当前队列中能够继续插入的用户个数
sem_t free_space_sem;
// 生产者线程：用于模拟用户的产生
void *producer_thread(void *arg);
// 消费者线程：用于模拟银行柜台的动作
void *consumer_thread(void *arg);
int main(int argc, char *argv[])
{
pthread_t producer_id;
pthread_t consumer_id;
// 初始化全局用户队列
queue = create_empty_link_queue();
// 初始化互斥锁
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
// 初始化相关信号量
sem_init(&client_sem, 0, 0);
sem_init(&free_space_sem, 0, MAX_CLIENT_COUNT);//限制队列长度
// create threads
pthread_create(&producer_id, NULL, producer_thread, NULL);
pthread_create(&consumer_id, NULL, consumer_thread, NULL);
// join threads
pthread_join(producer_id, NULL);//用户
pthread_join(consumer_id, NULL);//柜台
sem_destroy(&client_sem);
sem_destroy(&free_space_sem);//销毁由sem指向的信号量
return 0;
}
// 生产者线程：用于模拟用户的产生
void *producer_thread(void *arg)
{
int client_no = 0;
while(1)
{
// 1.获取产生用户的资格(即让空余位置-1)
sem_wait(&free_space_sem);
// 2.模拟产生用户ID
client_no = rand()%1000+1;//1～1000
// 3.以互斥的方式向用户队列中插入用户ID信息
pthread_mutex_lock(&mutex);
insert_to_link_queue(queue, client_no);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
// 4.模拟打印用户入队信息
printf("client %d is in...queue length : %d\n", client_no, length_of_link_queue(queue));
// 5.可用用户数目+1
sem_post(&client_sem);
// 6.模拟用户的到达时间间隔
sleep(1);
}
}
// 消费者线程：用于模拟银行柜台的动作
void *consumer_thread (void *arg)
{
int client_no = 0;
while (1)
{
// 1.申请可用用户资源(即对可用用户数-1)
sem_wait(&client_sem);
// 2.以互斥的方式从全局用户队列中获取用户ID
pthread_mutex_lock(&mutex);
delete_from_link_queue(queue, &client_no);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
// 3.模拟银行柜台的操作
printf("client %d is out...\n", client_no);
// 3.队列空余资源数+1
sem_post(&free_space_sem);
// 4.模拟柜台操作的时间间隔
sleep(rand()%5+1);
}
}
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