linux 多线程&线程同步

1. 头文件与编译选项

• 头文件：#include <pthread.h>
• 编译选项：-lpthread

2. 线程相关函数

1. 创建线程
   int pthread_create(pthread_t *restrict tidp, const pthread_attr_t *restrict attr, void (start_rtn)(void *), void *restrict arg);
2. 线程主动退出
   void pthread_exit(void* rval_ptr);
3. 等待线程结束
   void pthread_join(pthread_t thread, void **rval_ptr);
4. 线程分离，线程分离后，不能通过pthread_join等待线程终止，线程资源在线程结束时，将会被回收。
   int pthread_detach(pthread_t tid);
5. 请求结束线程，仅仅发出请求，并不等待线程终止
   int pthread_cancel(pthread_t tid);
6. 判断线程id是否相等
   int pthread_equal(pthread_t tid1, pthread_t tid2);
7. 获取自身线程的id
   pthread_t pthread_self(void);
8. 线程清理函数，在线程退出时被调用，可以注册多个，执行顺序与注册顺序相反
   void pthread_cleanup_push(void (rtn) void(), void *arg);
   void pthread_cleanup_pop(int execute);

3. 线程同步相关函数

1. 互斥量(mutex)，本质上是一把锁，保护资源被串行访问。

• 动态初始化mutex
  int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutextattr_t *restrict attr);

• 销毁mutex
  int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

• 互锁量加锁、释放锁，prhtead_mutex_trylock不管加锁是否成功，立即返回。
  int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
  int prhtead_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
  int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

• 带有超时的互斥量加锁
  int pthread_mutex_timedlock(pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct timespec *restrict tsptr);

如果线程试图对一个互斥量加锁2次，那么他自身就会陷入死锁。

2. 读写锁（reader-writer lock)，相对于互斥量，读写锁允许更高的并行性，非常适合读次数远大于写次数的场景。

• 读写锁初始化和销毁
  int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);
  int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);

• 加锁解锁
  int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
  int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
  int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

• 非阻塞加锁
  int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
  int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

• 带有超时的读写锁
  int pthread_rwlock_timedrdlock(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const struct timespec *restrict tsptr);
  int pthread_rwlock_timedwrlock(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const struct timespec *restrict tsptr);

3. 条件变量

• 条件变量初始化和销毁
  int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr);
  int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

• 等待条件变量
  int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex);
  int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct timespec *restrict tsptr);

• 唤醒等待条件变量的线程
  int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond); //唤醒至少一个等待该条件的线程
  int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond); //唤醒所有等待该条件的线程

4. 自旋锁

• 自旋锁初始化和销毁
  int pthread_spin_init(pthread_spinlock_t *lock, int pshared);
  int pthread_spin_destroy(pthread_spinlock_t *lock);

• 自旋锁加锁和解锁
  int pthread_spin_lock(pthread_spinlock_t *lock);
  int pthread_spin_trylock(pthread_spinlock_t *lock);
  int pthread_spin_unlock(pthread_spinlock_t *lock);

5. 屏障（barrier)
   屏障是用户协调多个线程并行工作的同步机制，允许每个线程等待，直到所有的合作线程都到达某一点，然后从该点继续执行。如pthread_join函数就是一种屏障。

• 屏障初始化和销毁
  int pthread_barrier_init(pthread_barrier_t *restrict barrier, const pthread_barrierattr_t *restrict attr, unsigned int(count);
  int pthread_barrier_destroy(pthread_barrier_t *barrier);

• 等待
  int pthread_barrier_wait(pthread_barrier_t *barrier);

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参考资料：《UNIX 环境高级编程》