进行多线程编程，最头疼的就是那些共享的数据。因为你无法知道哪个线程会在哪个时候对它进行操作，你也无法得知那个线程会先运行，哪个线程会后运行。下面介绍一些技术，通过他们，你会合理安排你的线程之间对资源的竞争。
1 互斥体Mutex
2 信号灯Semophore
3 条件变量Conditions
先说一下互斥量。
1、互斥量
什么时候会用上互斥量了？比如你现在有一全局链表，你有几个工作线程。每一个线程从该链表中取出头节点，然后对该头节点进行处理。比如现在线程1正在取出头节点，他的操作如下：
Item * p =queue_list;
Queue_list=queue_list->next;
Process_job(p);
Free(p);
当线程1处理完第一步，也就是Item *p=queue_list后，这时候系统停止线程1的运行，改而运行线程2。线程2照样取出头节点，然后进行处理，最后释放了该节点。过了段时间，线程1重新得到运行。而这个时候，其实p所指向的节点已经被线程2释放掉，而线程1对此毫无知晓。他会接着运行process_job(p)。而这将导致无法预料的后果！
对于这种情况，系统给我们提供了互斥量。你在取出头节点前必须要等待互斥量，如果此时有其他线程已经获得该互斥量，那么线程将会阻塞在这个地方。只有等到其他线程释放掉该互斥量后，你的线程才有可能得到该互斥量。为什么是可能了？因为可能此时有不止你一个线程在等候该互斥量，而系统无法保证你的线程将会优先运行。
互斥量的类型为pthread_mutex_t。你可以声明多个互斥量。
在声明该变量后，你需要调用pthread_mutex_init()来初始化该变量。pthread_mutex_init的格式如下：
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutex_attr_t *mutexattr);
第一个参数，mutext，也就是你之前声明的那个互斥量，第二个参数为该互斥量的属性。这个将在后面详细讨论。
在创建该互斥量之后，你便可以使用它了。要得到互斥量，你需要调用下面的函数：
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
该函数用来给互斥量上锁，也就是我们前面所说的等待操作。互斥量一旦被上锁后，其他线程如果想给该互斥量上锁，那么就会阻塞在这个操作上。如果在此之前该互斥量已经被其他线程上锁，那么该操作将会一直阻塞在这个地方，直到获得该锁为止。
在得到互斥量后，你就可以进入关键代码区了。
同样，在操作完成后，你必须调用下面的函数来给互斥量解锁，也就是前面所说的释放。这样其他等待该锁的线程才有机会获得该锁，否则其他线程将会永远阻塞。
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
下面给出一个简单的例子：
|
/********************************************************************************************
** Name: pthread_access_mem_no_mutex.cpp
** This program shows the severe segmentation fault
** when the different threads access the same memmery at the same time.
** Author: zeickey
** Date:2009/1/12
** Copyright (c) 2009
*********************************************************************************************/
#include <pthread.h>
#include <iostream>
using namespace std;
struct Node {
int data;
struct Node* next;
Node( int a, struct Node* prev)
{
data = a;
next = NULL;
if ( prev )
{
prev->next = this;
}
}
};
void* threadfunc1 (void* param);
void* threadfunc2 (void* param);
int main(int argc, char *argv[])
{
Node* head = new Node( 100, NULL );
new Node( 200, head );
new Node( 300, head->next );
pthread_t id1, id2;
pthread_create( &id1, NULL, threadfunc1, (void*)head);
pthread_create( &id2, NULL, threadfunc2, (void*)head);
pthread_join( id1, NULL);
pthread_join( id2, NULL);
return 0;
}
void* threadfunc1 (void* param)
{
Node* p = (Node*)param;
while ( p )
{
if ( 200 == p->data )
{
sleep(3);
cout << "3 seconds later, in thread1, it happened : " << endl;
cout << "p->data = " << p->data << endl;
p->data = p->data + 22;
cout << "p->data = " << p->data << endl;
break;
}
p = p->next;
}
}
void* threadfunc2 (void* param)
{
Node* p = (Node*)param;
Node* next = NULL;
while ( p )
{
next = p->next;
cout << "The deleted node data is : " << p->data << endl;
delete p;
p = NULL;
p = next;
}
|
程序运行出现不期望的错误：
|
[root@zieckey src]# g++ pthread_access_mem_no_mutex.cpp -lpthread
[root@zieckey src]# ./a.out
The deleted node data is : 100
The deleted node data is : 200
The deleted node data is : 300
3 seconds later, in thread1, it happened :
p->data = 167047168
p->data = 167047190
[root@zieckey src]#
甚至出现段错误：
[root@zieckey src]# g++ pthread_access_mem_no_mutex.cpp -lpthread
[root@zieckey src]# ./a.out
The deleted node data is : 100
The deleted node data is : 200
The deleted node data is : 300
3 seconds later, in thread1, it happened :
Segmentation fault
[root@zieckey src]#
|
上面的程序有两个线程，都共享主进程中head数据。
线程一的本意是找到值为200的节点，然后对其进行一定的操作。
找到后，被人为的等待了3秒钟，就在这3秒钟里，
另一个线程把所有的节点都delete掉了。问题就来了。
我们可以通过互斥量来实现线程之间对同一块内存的操作。
|
/********************************************************************************************
** Name: pthread_access_mem_with_mutex.cpp
** This program shows how to use mutex to protect memmery
** when the different threads access the same memmery at the same time.
** Author: zeickey
** Date:2009/1/12
** Copyright (c) 2009
*********************************************************************************************/
#include <pthread.h>
#include <iostream>
#include "locker.h"
using namespace std;
CLock locker;
struct Node {
int data;
struct Node* next;
Node( int a, struct Node* prev)
{
data = a;
next = NULL;
if ( prev )
{
prev->next = this;
}
}
};
void* threadfunc1 (void* param);
void* threadfunc2 (void* param);
int main(int argc, char *argv[])
{
Node* head = new Node( 100, NULL );
new Node( 200, head );
new Node( 300, head->next );
pthread_t id1, id2;
pthread_create( &id1, NULL, threadfunc1, (void*)head);
pthread_create( &id2, NULL, threadfunc2, (void*)head);
pthread_join( id1, NULL);
pthread_join( id2, NULL);
return 0;
}
void* threadfunc1 (void* param)
{
::locker.lock();
Node* p = (Node*)param;
while ( p )
{
if ( 200 == p->data )
{
sleep(3);
cout << "3 seconds later, in thread1, it happened : " << endl;
cout << "p->data = " << p->data << endl;
p->data = p->data + 22;
cout << "p->data = " << p->data << endl;
break;
}
p = p->next;
}
::locker.unlock();
}
void* threadfunc2 (void* param)
{
Node* p = (Node*)param;
Node* next = NULL;
while ( p )
{
if ( !::locker.isLocked() )
{
next = p->next;
cout << "The deleted node data is : " << p->data << endl;
delete p;
p = NULL;
p = next;
}
else
{
cout << "Oh, no, the memmery is locked, it can not be accessed. We will try later" << endl;
sleep(1);
}
}
}
运行结果：
[root@zieckey src]# g++ pthread_access_mem_with_mutex.cpp locker.cpp -lpthread
[root@zieckey src]# ./a.out
Oh, no, the memmery is locked, it can not be accessed. We will try later
Oh, no, the memmery is locked, it can not be accessed. We will try later
Oh, no, the memmery is locked, it can not be accessed. We will try later
3 seconds later, in thread1, it happened :
p->data = 200
p->data = 222
The deleted node data is : 100
The deleted node data is : 222
The deleted node data is : 300
[root@zieckey src]#
下面是CLock类，封装了对mutex的操作。
/* ----------------------------------------------
//
// locker.h
// implement a CLock class, used for multi-thread
// operation
//
// author: luckzj
// time : 31/Dec. 2008
// platform: Fedora Core 7.0
// compiler: g++ 4.1.2
//
// ---------------------------------------------*/
#ifndef LUCKZJ_LOCKER_H
#define LUCKZJ_LOCKER_H
#include "pthread.h"
class CLock
{
// mutex
private:
pthread_mutex_t mutex;
// ctor & dtor
public:
CLock();
~CLock();
// public interface
public:
int lock ();
int unlock ();
bool isLocked ();
int tryLock ();
};
#endif
/* ----------------------------------------------
//
// locker.cpp
// implement a CLock class, used for multi-thread
// operation
//
// author: luckzj
// time : 31/Dec. 2008
// platform: Fedora Core 7.0
// compiler: g++ 4.1.2
//
// ---------------------------------------------*/
#include "locker.h"
CLock::CLock()
{
pthread_mutex_init( &mutex, NULL );
}
int CLock::lock ()
{
return pthread_mutex_lock (&mutex);
}
int CLock::unlock ()
{
return pthread_mutex_unlock (&mutex);
}
bool CLock::isLocked ()
{
if ( 0 == pthread_mutex_trylock(&mutex) )
{
pthread_mutex_unlock (&mutex);
return false;
}
return true;
}
int CLock::tryLock()
{
return pthread_mutex_trylock( &mutex );
}
CLock::~CLock()
{
pthread_mutex_destroy( &mutex );
}
|
如果一个线程已经给一个互斥量上锁了，后来在操作的过程中又再次调用了该上锁的操作，那么该线程将会无限阻塞在这个地方，从而导致死锁。怎么变了？这就需要我们之前所提到的互斥量的属性。
互斥量分为下面三种：
l 快速型。这种类型也是默认的类型。该线程的行为正如上面所说的。
l 递归型。如果遇到我们上面所提到的死锁情况，同一线程循环给互斥量上锁，那么系统将会知道该上锁行为来自同一线程，那么就会同意线程给该互斥量上锁。
l 错误检测型。如果该互斥量已经被上锁，那么后续的上锁将会失败而不会阻塞，pthread_mutex_lock()操作将会返回EDEADLK。
互斥量的属性类型为pthread_mutexattr_t。声明后调用pthread_mutexattr_init()来创建该互斥量。然后调用int pthread_mutexattr_settype(pthread_mutexattr_t *attr, int kind);来设置属性。int pthread_mutexattr_settype(pthread_mutexattr_t *attr, int kind);格式如下：
int pthread_mutexattr_settype(pthread_mutexattr_t *attr, int kind);
第一个参数，attr，就是前面声明的属性变量，第二个参数,kind，就是我们要设置的属性类型。他有下面几个选项：
l PTHREAD_MUTEX_FAST_NP
l PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE_NP
l PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK_NP
下面给出一个使用属性的简单过程：
pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutexattr_t attr;
pthread_mutexattr_init(&attr);
pthread_mutexattr_settype(&attr,PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE_NP);
pthread_mutex_init(&mutex,&attr);
pthread_mutex_destroy(&attr);
前面我们提到在调用pthread_mutex_lock()的时候，如果此时mutex已经被其他线程上锁，那么该操作将会一直阻塞在这个地方。如果我们此时不想一直阻塞在这个地方，那么可以调用下面函数：
pthread_mutex_trylock()
如果此时互斥量没有被上锁，那么pthread_mutex_trylock()将会返回0，并会对该互斥量上锁。如果互斥量已经被上锁，那么会立刻返回EBUSY。
上面谈到的是使用互斥量。如果碰到下面这种情况，该怎么办了？
还是上面程序中提到的工作链表。此时必然有一个生产者线程，用于往链表里添加节点。如果这一段时间没有工作，那么工作线程将会不停的调用lock,unlock操作。而这样的操作毫无疑义。
阅读(2966) | 评论(1) | 转发(5) |
