Linux线程同步与互斥完全指南

1. 什么是线程同步与互斥？

在多线程编程中，当多个线程同时访问共享数据（如全局变量）时，可能导致数据错误。线程互斥用于确保同一时间只有一个线程能访问共享资源，常用互斥锁（mutex）实现。线程同步则协调线程的执行顺序，例如使用条件变量让线程等待特定条件。

2. Linux中的线程同步机制

Linux通过POSIX线程（pthread）库提供同步工具，包括pthread互斥锁、条件变量、信号量等。下面重点介绍互斥锁和条件变量。

3. 使用互斥锁实现线程互斥

互斥锁就像一个门锁，线程在访问共享资源前加锁，访问后解锁。示例代码：

    #include #include pthread_mutex_t lock; // 定义互斥锁int shared_data = 0;void* thread_func(void* arg) {pthread_mutex_lock(&lock); // 加锁shared_data++; // 访问共享资源printf("Thread: shared_data = %d", shared_data);pthread_mutex_unlock(&lock); // 解锁return NULL;}int main() {pthread_t t1, t2;pthread_mutex_init(&lock, NULL); // 初始化互斥锁pthread_create(&t1, NULL, thread_func, NULL);pthread_create(&t2, NULL, thread_func, NULL);pthread_join(t1, NULL);pthread_join(t2, NULL);pthread_mutex_destroy(&lock); // 销毁互斥锁return 0;}  

这个例子展示了如何使用pthread互斥锁保护共享变量，避免两个线程同时修改它。这是线程互斥的基础应用。

4. 使用条件变量实现线程同步

条件变量允许线程等待某个条件成立，常用于生产者-消费者模型。示例代码：

    #include #include pthread_mutex_t mutex;pthread_cond_t cond;int ready = 0;void* producer(void* arg) {pthread_mutex_lock(&mutex);ready = 1; // 生产数据printf("Producer: data ready");pthread_cond_signal(&cond); // 通知消费者pthread_mutex_unlock(&mutex);return NULL;}void* consumer(void* arg) {pthread_mutex_lock(&mutex);while (ready == 0) {pthread_cond_wait(&cond, &mutex); // 等待条件}printf("Consumer: consuming data");pthread_mutex_unlock(&mutex);return NULL;}int main() {pthread_t p, c;pthread_mutex_init(&mutex, NULL);pthread_cond_init(&cond, NULL);pthread_create(&p, NULL, producer, NULL);pthread_create(&c, NULL, consumer, NULL);pthread_join(p, NULL);pthread_join(c, NULL);pthread_mutex_destroy(&mutex);pthread_cond_destroy(&cond);return 0;}  

这里，条件变量确保消费者线程等待数据就绪，从而实现Linux线程同步。掌握这对多线程编程至关重要。

5. 其他同步机制简介

除了互斥锁和条件变量，Linux还支持信号量、读写锁等。信号量用于控制资源访问数量，读写锁允许多个读线程同时访问，但写线程独占。这些机制丰富了线程同步与线程互斥的工具集。

6. 总结

本教程介绍了Linux线程同步与线程互斥的基本概念和实现方法，重点讲解了pthread互斥锁和条件变量的使用。通过实践这些示例，你将能编写安全、高效的多线程编程应用。记住，正确使用同步机制是避免并发错误的关键！