C语言细致讲解线程同步的集中方式

本文将详细讲解C语言中实现线程同步的集中方式，并提供示例帮助读者更好地理解各种同步方式的实现原理。

关键术语解释

在讨论线程同步时，有几个术语是需要用到的，以下是这些术语的解释：

• 临界区：被多个线程同时访问、修改的共享资源所在的区域。
• 锁：用于在多个线程中协调对临界区访问的同步机制。
• 互斥操作：当一条线程进入临界区时，其他线程被阻塞，只有当该线程离开临界区后，其他线程才能进入临界区。

常用的线程同步方式

互斥锁

互斥锁是最常见的线程同步机制之一，是一种特殊的锁，可以保证同时只有一个线程在临界区内执行。要使用互斥锁，需要先初始化锁，然后线程在进入临界区之前，获取锁，当离开临界区时，释放锁，让其他线程可以获取锁执行：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

pthread_mutex_t mutex;

void *thread_function(void *arg)
{
    /* 加锁 */
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    /* 临界区操作 */
    ... 
    /* 解锁 */
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
}

int main()
{
    // 初始化互斥锁
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
    ...
    // 创建线程
    pthread_create(&thread_id, NULL, thread_function, NULL);

    ...
    // 等待线程结束
    pthread_join(thread_id,NULL);

    // 销毁互斥锁
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
}

读写锁

读写锁是一种特殊的锁，可以区分读操作和写操作，可以加快程序的运行速度。在多读少写的情况下，使用读写锁比互斥锁更高效。当多个线程都需要读共享资源时，会同时获取读锁，相互不影响，当需要写资源时，需要先获取写锁，这时候读锁会被阻塞，直到写锁释放。

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

pthread_rwlock_t rwlock;

void *thread_function(void *arg)
{
    /* 读取共享资源 */
    pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
    ...
    /* 释放读锁 */
    pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
}

void *writer_function()
{
    /* 获取写锁 */
    pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
    ...
    /* 释放写锁 */
    pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
}

int main()
{
    // 初始化读写锁
    pthread_rwlock_init(&rwlock, NULL);
    ...
    // 创建线程
    pthread_create(&thread_id, NULL, thread_function, NULL);
    pthread_create(&writer_id, NULL, writer_function, NULL);

    ...
    // 等待线程结束
    pthread_join(thread_id,NULL);
    pthread_join(writer_id,NULL);

    // 销毁读写锁
    pthread_rwlock_destroy(&rwlock);
}

示例

以下是一个简单的示例，演示了使用互斥锁实现线程同步的方法。该示例中，两个线程并发访问同一个全局变量，通过互斥锁保证两个线程对全局变量的操作不会发生冲突。

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

/* 全局变量 */
int global_variable = 0;

/* 互斥锁 */
pthread_mutex_t mutex;

/* 线程函数 */
void *thread_function(void *arg)
{
    int i;
    for(i=0;i<100000000;i++)
    {
         /* 加锁 */
         pthread_mutex_lock(&mutex);
         /* 临界区操作 */
         global_variable++;
         /* 解锁 */
         pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
}

int main()
{
    pthread_t thread_1, thread_2;
    int i;

    /* 初始化互斥锁 */
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);

    /* 创建线程 */
    pthread_create(&thread_1, NULL, thread_function, NULL);
    pthread_create(&thread_2, NULL, thread_function, NULL);

    /* 等待线程结束 */
    pthread_join(thread_1, NULL);
    pthread_join(thread_2, NULL);

    /* 销毁互斥锁 */
    pthread_mutex_destroy(&mutex);

    printf("global_variable = %d\n", global_variable);
    return 0;
}

更多关于线程同步的示例可以参考网络上的示例程序。