文章目录

[📖 前言](#📖 前言)
[1. 线程互斥](#1. 线程互斥)
- [1.1 临界资源：](#1.1 临界资源：)
- [1.2 互斥性与原子性：](#1.2 互斥性与原子性：)
- - [1.2 - 1 概念回顾](#1.2 - 1 概念回顾)
- [1.3 线程安全：](#1.3 线程安全：)
- - [1.3 - 1 可重入与不可重入](#1.3 - 1 可重入与不可重入)
- [1.4 线程加锁与解锁：](#1.4 线程加锁与解锁：)
- - [1.4 - 1 竞争锁](#1.4 - 1 竞争锁)
  - [1.4 - 2 锁的原子性](#1.4 - 2 锁的原子性)
- [1.5 加锁的原子性如何实现：](#1.5 加锁的原子性如何实现：)
- [1.6 死锁：](#1.6 死锁：)
- - [1.6 - 1 死锁的演示](#1.6 - 1 死锁的演示)
  - [1.6 - 2 一把锁出现死锁的情况](#1.6 - 2 一把锁出现死锁的情况)
  - [1.6 - 3 死锁的条件](#1.6 - 3 死锁的条件)
[2. 线程同步](#2. 线程同步)
- [2.1 什么是同步：](#2.1 什么是同步：)
- [2.2 条件变量：](#2.2 条件变量：)
- - [2.2 - 1 pthread_cond_init / destroy](#2.2 - 1 pthread_cond_init / destroy)
  - [2.2 - 2 pthread_cond_wait](#2.2 - 2 pthread_cond_wait)
  - [2.2 - 3 唤醒线程](#2.2 - 3 唤醒线程)
- [2.3 代码演示：](#2.3 代码演示：)
- - [2.3 - 1 同步的现象](#2.3 - 1 同步的现象)
  - [2.3 - 2 解决小bug](#2.3 - 2 解决小bug)
  - [2.3 - 4 条件变量经典错误](#2.3 - 4 条件变量经典错误)

📖 前言

上一章我们学习了线程的控制，理解了什么是线程id，和线程私有栈等相关的概念，还学习了线程退出的四种方式，并学习了几个相关接口。

本章我们还是继续进行线程方面的学习，接下来我们将学线程的互斥加锁，同步条件变量等待等相关问题的学习，目标已经确定，搬好小板凳准备开讲啦......

1. 线程互斥

1.1 临界资源：

在之前【进程通信 --- 共享内存】的学习中，我们已经介绍过临界资源，临界区，原子性等概念了，今天我们再来复盘一下：

临界资源： 被多个进程/线程（执行流）都能够看到并访问的资源叫做临界资源。

如果没有对临界资源进行任何保护，直接对于临界资源的访问。
多个进程/线程（执行流）在进行访问的时候，就都是乱序的。
可能会因为读写交叉而导致的各种乱码、废弃数据、访问控制方面的问题！！
临界资源有安全的也有不安全的，取决于内部是否做了保护。

临界区： 对多个进程/线程（执行流）而言，访问临界资源的代码。

我的进程/线程代码中，有大量的代码，只有一部分代码，会访问临界资源。
多个进程/线程对临界资源做读写的代码，我们称之为临界区。

1.2 互斥性与原子性：

1.2 - 1 概念回顾

原子性： 我们把一件事情，要不没做，要么做完了，叫原子性（没有中间状态）。
互斥： 任何时刻，只允许一个进程/线程，访问临界资源。

在线程中，存在着访问临界资源而导致的冲突：

如果我们要对一个变量进行++/- -要做什么工作呢？

假设是对100进行 - - 操作。
- 要先将100从内存拷贝到CPU里面。
- 然后在CPU里面做好计算。
- 最后从CPU中再拷贝内存中。

补充：

CPU内的寄存器是被所有的执行流共享的，但是寄存器里面的数据是属于当前执行流的上下文数据。线程被切换的时候，需要保存上下文，线程被换回的时候，需要恢复上下文。

线程切换时，需要保存的不是寄存器，而是寄存器里面的数据。

所以谈线程必谈两个概念，一个是线程的上下文，另一个是线程的独立站结构。

问题出现：

假设第一个进程将数据100拷贝到CPU中进行- -操作。
此时线程替换，切换到第二个线程。
第二个线程再将数据从内存总拷贝到CPU，执行其他操作（连续- -到50）。
若第二个线程将数据从100减到50，再切回原来的进程。
原来的进程再继续执行，直接把第二个线程好不容易减到50的值又干到了99。

为了保证能够正确的控制线程的访问，其就必须维护自身的原子性！不能有中间状态！！

当我们访问某种资源的时候，任何时刻都只有一个执行流在进行访问，这个就叫做：互斥特性。

为了维护互斥性，我们要给线程的临界资区加锁。

1.3 线程安全：

线程安全是指在多线程环境下，对共享资源的访问不会导致数据不一致或者出现意料之外的结果。

当多个线程同时访问共享资源时，如果没有适当的同步机制或保护措施，可能会导致以下问题：

竞态条件（Race Condition）：多个线程对同一资源进行读写操作，由于执行顺序不确定，可能导致结果的不确定性、错误的计算结果或数据丢失等问题。
数据竞争（Data Race）：多个线程同时对同一数据进行读写操作，由于缺乏同步机制，可能导致数据的不一致性或错误的结果。

为了确保线程安全，需要采取合适的并发控制措施，如加锁机制、原子操作、信号量等。这些机制可以保证在任意时刻只有一个线程能够访问共享资源，避免数据竞争和竞态条件的发生。

1.3 - 1 可重入与不可重入

同一个函数被不同的执行流调用，当前一个流程还没有执行完，就有其他的执行流再次进入，我们称之为重入。
一个函数在重入的情况下，运行结果不会出现任何不同或者任何问题，则该函数被称为可重入函数，否则，是不可重入函数。

面对不可重入函数,这不是问题，这是种特性，一般通过加锁来解决。

加锁本质上是把多线程串行起来，确保同一时间只有一个线程可以进入临界区，让每个线程可以安全的调用这个不可重入的函数。

如果一个库函数明明告知你了是不可重入的，但是还不加保护的在多线程操作中调用它。

那么这段代码如果出现bug，并不是库函数本身有问题，是编码的问题。

注意：

重入是种现象，不是问题(特性)。
一个函数被重复进入，叫做被重入。
在被重复进入的情况下，执行代码出了问题，叫做该函数是不可重入函数。
如果没有出现问题，叫做可重入。

一个线程对全局变量的恶意修改，可能会影响其他线程安全。

一个线程有bug导致线程退出，导致其他线程也退出，也叫做线程退出。

绝大多数的系统自带的库（比如C++的STL库）都是不可重入的，并非所有容器都是线程安全的。

1.4 线程加锁与解锁：

加锁：

定义全局的互斥锁，所有线程能访问：

初始化互斥量有两种方法:

方法一：静态分配

cpp 复制代码

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER

方法二：动态分配

cpp 复制代码

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);
// 参数:
// mutex：要初始化的互斥量
// attr：NULL

解锁 / 销毁锁：

销毁互斥量需要注意：

使用PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER初始化的互斥量不需要销毁。
不要销毁一个已经加锁的互斥量。
已经销毁的互斥量，要确保后面不会有线程再尝试加锁。

1.4 - 1 竞争锁

多线程竞争锁：

如果多个线程同时对资源进行读写操作，可能会引发竞争条件（Race Condition），导致数据不一致或其他问题。
为了避免竞争条件，线程必须在访问共享资源之前先获取互斥锁。
当一个线程获得互斥锁后，其他线程就无法再获取该锁，只能等待锁被释放。
这样可以确保每次只有一个线程访问共享资源，保证数据的一致性和正确性。

因此，线程互斥锁的使用涉及到多个线程之间的竞争获取锁的过程，以确保同一时间只有一个线程能够获得互斥锁，并访问共享资源。

其他线程已经锁定互斥量（互斥锁），或者存在其他线程同时申请互斥量，但没有竞争到互斥量，那么pthread_ lock调用会陷入阻塞（执行流被挂起），等待互斥量解锁。

我们用多线程实现一个简单的抢票程序：

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <unistd.h>

using namespace std;

// int 票数计数器
// 临界资源
int tickets = 10000; // 临界资源，可能会因为共同访问，可能会造成数据不一致问题。

// 定义一个全局的锁
pthread_mutex_t mutex;

void* getTickets(void* args)
{
    const char* name = static_cast<const char*>(args);

    while (true)
    {
        // 加锁
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        if (tickets > 0)
        {
            usleep(1000);
            cout << name << " 抢到了票, 票的编号: " << tickets << endl;
            tickets--;

            // 解锁
            pthread_mutex_unlock(&mutex);

            //other code
            usleep(123); //模拟其他业务逻辑的执行
        }
        else
        {
            // 票抢到几张，就算没有了呢？0
            cout << name << "] 已经放弃抢票了，因为没有了..." << endl;
            
            // 解锁
            pthread_mutex_unlock(&mutex);
            break;
        }
    }

    return nullptr;
}

int main()
{
    // 对锁初始化
    pthread_mutex_init(&mutex, nullptr);

    pthread_t tid1;
    pthread_t tid2;
    pthread_t tid3;

    pthread_create(&tid1, nullptr, getTickets, (void*)"thread1");
    pthread_create(&tid2, nullptr, getTickets, (void*)"thread2");
    pthread_create(&tid3, nullptr, getTickets, (void*)"thread3");

    int n = pthread_join(tid1, nullptr);
    cout << n << ":" << strerror(n) << endl;
    pthread_join(tid2, nullptr);
    cout << n << ":" << strerror(n) << endl;
    pthread_join(tid3, nullptr);
    cout << n << ":" << strerror(n) << endl;

    // 锁用完了，释放这把锁
    pthread_mutex_destroy(&mutex);

    return 0;
}

如果不加锁的话，if条件判断是否也会有线程安全问题：

if判断的时候也有可能出现问题，因为CPU也需要参与。
- 假设票数是1，线程A还没开始减减的时候，就被切走了。
- 线程B来了，也要从内存读到CPU里，判断票数为1，线程B也要减减。
- 两个线程都要减减，就会出现将票减到负数的情况。

注意：当执行完if条件判断后，CPU会将tickets变量的值写回内存，然后再执行tickets - - 操作时，会从内存中读取最新的tickets值进行减减操作。

所以就导致了多线程进行抢票的时候出现了负数票的情况：

加锁的范围：

临界区，只要对临界区加锁，而且加锁的粒度越细越好。
加锁的本质是让线程执行临界区代码串行化，不能对所有代码加锁，只能对临界区加锁（加锁要短小惊叹）。
加锁是一套规范，通过临界区对临界资源进行访问的时候，要加就都要加。
锁保护的是临界区，任何线程执行临界区代码访问临界资源，都必须先申请锁，前提是都必须先看到锁！

1.4 - 2 锁的原子性

这把锁，本身不就也是临界资源吗，谁来给它加锁呢？锁的设计者早就想到了~

pthread_mutex_lock竞争和申请锁的过程，就是原子的！

难度在加锁的临界区里面，就没有线程切换了吗？？

我在临界资源对应的临界区中就锁了，还是是多行代码，还可以被切换！
线程被切走，是完全可以，因为线程执行的加锁解锁等对应的也是代码。
线程在任意代码出都可以被切换！！
但是线程加锁是原子的，最后的结果无非就是：要么拿到了锁，要么没有拿到。
当多个线程竞争锁的时候，不存在中间状态，不存在锁被拿了一半。

当加锁的线程被切走的时候，绝不会有其他线程进入临界区！！

每个线程进入临界区都必须先申请锁！！
假如当前的锁，被线程A申请走了。
即便当前的线程A没有被调度（它是从CPU切走了），但是它是抱着锁走的！！
一旦一个线程持有了锁，该线程根本就不担心任何的切换问题！
对于其他线程而言，线程A访问临界区，只有没有进入和使用完毕两种状态，才对其他线程有意义！

所有线程要想进入临界区,就得申请锁，只要有了锁才能进入临界区。

当一个线程有了锁，就不害怕被切换了。

进入临界区前，都必须要申请锁，当一个线程申请锁之后，另一个线程只能等，要么使用临界区使用完了，要么根本就没有进入临界区。

在执行临界区代码时，加锁的那部分代码，会不会切换呢？会的！或者阻塞呢？会的！或者挂起呢？会的！

1.5 加锁的原子性如何实现：

为了实现互斥锁操作，大多数体系结构都提供了swap或exchange指令，该指令的作用是把寄存器和内存单元的数据相交换，由于只有一条指令，保证了原子性。

现在我们看一下pthread_mutex_lock和pthread_mutex_unlock的伪代码：

%al：寄存器在CPU内。
mutex：内存中的一个变量，默认值是1。
寄存器的值，和内存的值，用一条语句做交换。
寄存器的内容如果大于0：
- 则代表申请锁成功。
寄存器的内容如果小于0：
- 就等待挂起。

凡是在寄存器中的数据，全部都是线程的内部上下文！！
多个线程看起来同时在访问寄存器，但是互不影响。

寄存器只有一个，是被所有线程共享的，但是寄存器里的内容是被所有线程私有的。单CPU任何时刻，只能有一个线程在跑。

每个线程要切走时，必须将自己的上下文带走。

过程：

线程A申请锁：
- 线程A要申请锁，先执行将0写入到寄存器当中。
- 然后将%a寄存器中的0和内存中mutex的值交换。
- 此时%a寄存器中的值是1，然后线程A再被切走。
- 切走后，寄存器内的值会被保存在线程的上下文中一并被带走。
线程B申请锁：
- 线程B来的时候，线程A必须从CPU上剥离下去，剥离走就必须将上下文带走。
- 线程B再来执行加锁代码。
- 线程B再将0写到寄存器当中。
- 然后将%a寄存器中的0和内存中mutex的值交换。
- 此时内存中mutex的值是0，这是时候就相当于0和0的交换。
- %a寄存器的内容不大于0，线程B挂起等待。
- 此时线程B就叫申请锁失败了。

用一条汇编的方式，把寄存器的值放到mutex，把mutex的值放到了寄存器，这个动作就叫做加锁。

本质：

将数据从内存读入寄存器，本质是将数据从共享变成线程私有！
将自己的锁拿到线程自己的上下文里。
只要交换到了，以后还有线程想申请锁就不可能拿到了。

解锁：解锁,就是把1再写回去mutex，这就完成了解锁。

1.6 死锁：

1.6 - 1 死锁的演示

模拟死锁，出现的情况：

两个线程拿着对方要的锁，自己又抱着一把锁。
线程1拿着A，线程2拿着B，但是这两个线程又都向对方要锁。
互相申请对方的锁，但是自己要的锁已经被对方拿走了。

现象：

线程1申请B锁的时候，锁被线程2拿着了，申请不到，这个线程1就被挂起了(抱着A挂起的)。
线程2申请A锁的时候，锁被线程1拿着了，申请不到，这个线程2就被挂起了(抱着B挂起的)。
这就导致了死锁的问题。

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include "Lock.hpp"

using namespace std;

// 模拟死锁

// 静态定义锁的方式（可以不用再去destroy，也可以不用对其进行init）
pthread_mutex_t mutexA = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_t mutexB = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void *startRoutine1(void *args)
{
    while (true)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutexA);
        sleep(1);
        pthread_mutex_lock(&mutexB);

        cout << "我是线程1，我的tid: " << pthread_self() << endl;

        pthread_mutex_unlock(&mutexA);
        pthread_mutex_unlock(&mutexB);
    }
}

void *startRoutine2(void *args)
{
    while (true)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutexB);
        sleep(1);
        pthread_mutex_lock(&mutexA);

        cout << "我是线程2，我的tid: " << pthread_self() << endl;

        pthread_mutex_unlock(&mutexB);
        pthread_mutex_unlock(&mutexA);
    }
}

int main()
{
    pthread_t t1, t2;

    pthread_create(&t1, nullptr, startRoutine1, nullptr);
    pthread_create(&t2, nullptr, startRoutine2, nullptr);

    pthread_join(t1, nullptr);
    pthread_join(t2, nullptr);

    return 0;
}

没有结果一直在阻塞中：

循环查看一下线程：

1.6 - 2 一把锁出现死锁的情况

一把锁会不会有死锁问题呢？我们来演示一下：

cpp 复制代码

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

int cnt = 100;

using namespace std;

void *startRoutine(void *args)
{
    string name = static_cast<char *>(args);
    while (true)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        cout << name << " count : " << cnt-- << endl;

        // 代码写错了，写了两个锁
        // pthread_mutex_lock(&mutex);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        
        // 耗时的操作尽量不要再临界区里面
        sleep(1);
    }
}

编码错误引起的：

那就是同时申请了一把锁两次，这就导致第二次申请锁的时候一直在等待第一把锁释放，这就导致了死锁问题。

1.6 - 3 死锁的条件

死锁的条件通常被称为"死锁四个必要条件"，它们是：

互斥条件：至少有一个资源同时只能被一个线程（或进程）占用，不能同时被多个线程访问。
请求与保持条件：一个线程在持有一个资源的同时，又请求获取其他的资源。
不可剥夺条件：已分配的资源无法被强制性地抢占，只能由占有它的线程主动释放。
循环等待条件：存在一组线程，每个线程都在等待下一个线程所持有的资源，形成一个循环等待链。

当以上四种条件同时满足时，就可能发生死锁。要解决死锁问题，需要破坏其中至少一个条件。例如，可以采用资源有序分配、避免持有并等待、引入抢占机制以及打破循环等待等方法来预防和解除死锁。

2. 线程同步

2.1 什么是同步：

线程互斥，它是对的，难道它任何场景都是合理的吗？很显然并不是。

互斥有可能导致饥饿问题:

一个执行流，长时间得不到某种资源。
例如一个线程的优先级很高，每次竞争锁时，都可以优先竞争到。
这就导致了其他线程竞争不到锁，造成了饥饿问题。

在保证临界资源安全的前提下（互斥等），让线程访问某种资源，具有一定的顺序性，称之为同步！

防止饥饿线程协同。
同步和互斥不是对立的关系，而是互相补充的关系。
互斥保证了数据的安全，同步不一定需要互斥。

一般在保证互斥前提条件下，多做了一个工作，让多个线程访问某种资源具备了一定的顺序性，这种特性我们称之为，同步。

2.2 条件变量：

如何完成同步呢？

Linux中提供了完成同步的重要机制，叫做：条件变量。（最常用，没有之一，最常用的线程同步的策略）

条件变量：

当一个线程互斥地访问某个变量时，它可能发现在其它线程改变状态之前，它什么也做不了。
例如一个线程访问队列时，发现队列为空，它只能等待，只到其它线程将一个节点添加到队列中。
这种情况就需要用到条件变量。

条件变量要和mutex互斥锁，一并使用！

2.2 - 1 pthread_cond_init / destroy

基本的接口和pthread库的其他接口很相似，用法也几乎一样。其中attr也是设置条件变量的属性，这里置为nullptr即可。

2.2 - 2 pthread_cond_wait

如上两个接口都是让线程在一个条件变量下进行等待。
其中timewait接口可以在条件变量下等，设置等待的时间（超时了就不等了）。
条件变量也是临界资源，所以这里需要一个mutex互斥锁来保证条件变量读写的原子性。

2.2 - 3 唤醒线程

broadcast是给在当前条件变量等待的所有线程发信号唤醒，而signal是发送信号只唤醒一个线程。

条件变量决定，什么时候叫醒一个线程，以前只要有锁，如果所有线程都被叫醒，大家都去参与竞争，谁抢到了算谁的，这个机制完全是由调度器决定的。

2.3 代码演示：

下面的代码可以很好的演示上述的函数接口：

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <vector>
#include <cstring>
#include <functional>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

using namespace std;

// 定义一个条件变量
pthread_cond_t cond;

// 定义一个互斥锁
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; // 当前不用，但是接口需要，所以我们需要留下来

// 定义全局退出变量
volatile bool quit = false;

// 三个线程都会调用这个函数
void *waitCommand(void *args)
{
    string name = static_cast<char*>(args);
    
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    // 如果不退出一直去运行
    while (!quit)
    {
        // pthread_cond_wait内部先解锁
        pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
        // 被唤醒出来之后锁已经加上了

        cout << "thread id: " << pthread_self() << " running... " << name << endl;
    }
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    cout << "thread quit..." << (char*)args << endl;

    return nullptr;
}

int main()
{
    // 初始化一个条件变量
    pthread_cond_init(&cond, nullptr);

    // 创建三个线程
    pthread_t t1, t2, t3;
    pthread_create(&t1, nullptr, waitCommand, (void*)"thread1");
    pthread_create(&t2, nullptr, waitCommand, (void*)"thread2");
    pthread_create(&t3, nullptr, waitCommand, (void*)"thread3");

    // 主线程控制
    while(true)
    {
        char n;

        // cin和cout在交叉使用的时候，缓冲区会做强制刷新
        cout << "请输入你的command: ";
        cin >> n;

        if(n == 'n') 
        {
            // 唤醒在特定条件变量下等的线程
            pthread_cond_signal(&cond); 
        }
        else if (n == 'x')
        {
            pthread_cond_broadcast(&cond);
        }
        else
        {
            quit = true;
            break;
        }
        
        usleep(100);
    }
    
    // 唤醒所有等待的条件变量
    pthread_cond_broadcast(&cond);
    cout << "main thread quit..." << endl;

    // 释放条件变量
    pthread_cond_destroy(&cond);
    pthread_mutex_destroy(&mutex);

    // 等待线程
    int m = pthread_join(t1, nullptr);
    cout << strerror(m) << endl;
    m = pthread_join(t2, nullptr);
    cout << strerror(m) << endl;
    m = pthread_join(t3, nullptr);
    cout << strerror(m) << endl;

    return 0;
}

运行结果：

2.3 - 1 同步的现象

现象：

我们看到，如果一个一个唤醒时，所有线程是以队列的形式在排队的，当在排队的时候，明显能看到，执行时有一定的顺序性的。
当我们将全部线程都唤醒时，发现所有等待的线程全部都被唤醒并运行起来。

但是我们退出时，将quit改成true，循环条件不满足，三个线程退出，将三个线程全部唤醒，我们却发现，阻塞等待住了，这是什么原因：（重点）

判断一个条件是否满足，一定是在临界区内部才能得出条件是否满足，进而才能决定是否要挂起等待还是继续运行。
所以一定是占有锁的情况。
一旦占有锁了，把锁占了但是又去条件变量下去等了，那么谁来释放这个锁呢？
该线程拿着锁去休眠了，导致其他线程无法申请该锁，这就有问题了。

pthread_cond_wait内部已经帮我们想到了这一点，并做了相应的措施：（重点）

cpp 复制代码

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex)
{
	pthread_mutex_unlock(mutex);// 先解锁
    // 避免因为该线程拿着锁去休眠了，导致其他线程无法申请该锁
  
	//条件变量相关代码
	
    pthread_mutex_lock(mutex);// 条件满足后，再加锁
}

pthread_cond_wait内部是先调用pthread_mutex_unlock解锁，再调用pthread_mutex_lock加锁。

知道了pthread_cond_wait内部细节，再来回头看阻塞的原因：（重点）

因为有多个线程，当被同时唤醒的时候，pthread_cond_wait内部都要重新加锁，就要同时去竞争一把锁，但是只有一个能竞争成功。
最后其他线程竞争不到锁，就在锁那里被阻塞了，所以看到了只有一个线程退出成功了。
那么其他线程就没有办法去退出了（一直卡在pthread_cond_wait函数最后加锁那里，等着申请锁），而且那个线程退出了也没有解锁，就导致其他线程无法占用这个锁，就一直在阻塞等待锁。
最后就导致其他线程无法退出。

2.3 - 2 解决小bug

解决问题：在退出循环后解锁（重点）

在退出循环后解锁，就可以很好的解决问题，使得每个线程都能退出。
- 当我们输入q之后，false被改成true，但是此时所有线程还是在条件变量中等。
- 当主线程将所有的在条件变量中等待的新线程都唤醒了，pthread_cond_broadcast之后。
- 所有的线程都醒了过来，都要去加锁，只有一个线程抢到了锁。
- 此时继续往下执行，循环条件不成立，退出循环然后解锁。
- 解完锁之后，剩下的线程还处于抢锁的状态。
- 然后剩下的线程中，有一个拿到了锁，继续上述过程，退出循环然后解锁。
- 然后剩下的线程中，有一个拿到了锁，......
- 直到所有线程都退出。

为什么主线程输入n多个线程会挨个执行？

因为多个线程同时跑一起来之后，同时去申请了锁。
只有一个能抢得到锁，其余线程都在申请锁那里阻塞住了。
然后抢到锁的线程，条件等待，pthread_cond_wait内部解锁了。
然后剩下的线程再去抢锁，其余线程都在申请锁那里阻塞住了。
然后抢到锁的线程，条件等待，pthread_cond_wait内部解锁了。
......
直到最后所有的线程都已经在条件变量中等了。
主线程输入n，pthread_cond_signal唤醒一个线程，然后加锁。
该线程再次拿到了锁（因为其他线程都在条件变量里等了，没有线程和这个线程强锁），执行剩余代码（打印）。
该线程while循环判断，再次进入循环，再次进入条件变量等待，pthread_cond_wait内部解锁了，线程继续等待。
主线程中的pthread_cond_signal执行完毕，主线程的while循环再次执行。
再次输入n，pthread_cond_signal唤醒另一个线程，具体唤醒哪一个，我也不知道。
当多个线程同时等待同一个条件变量时，它们可能会被挨个唤醒。具体哪个线程先被唤醒取决于操作系统的调度机制。
唤醒之后，该拿到了锁，继续上述过程......

2.3 - 4 条件变量经典错误

cpp 复制代码

pthread_mutex_lock(&mutex);
while (condition_is_false) {
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    pthread_cond_wait(&cond);// 解锁和加锁的操作，该函数会帮我们完成
    pthread_mutex_lock(&mutex);// 二次申请同一把锁，出现死锁！
}
pthread_mutex_unlock(&mutex);

由于解锁和等待不是原子操作，调用解锁之后，pthread_cond_wait 之前。
如果已经有其他线程获取到互斥量，摒弃条件满足，发送了信号，那么pthread_cond_wait 将错过这个信号。
可能会导致线程永远阻塞在这个pthread_cond_wait 。
所以解锁和等待必须是一个原子操作。

当一个线程解锁互斥量之后，另一个线程可能立刻获取到互斥量，并满足条件发送信号，然而此时还未执行pthread_cond_wait函数，因此等待的线程可能会错过这个信号，从而导致永远等待下去，这就是典型的竞态条件问题。

了解一下吧，我也不太明白......

【Linux】线程同步与互斥

文章目录

📖 前言

1. 线程互斥

1.1 临界资源：

1.2 互斥性与原子性：

1.2 - 1 概念回顾

1.3 线程安全：

1.3 - 1 可重入与不可重入

1.4 线程加锁与解锁：

1.4 - 1 竞争锁

1.4 - 2 锁的原子性

1.5 加锁的原子性如何实现：

1.6 死锁：

1.6 - 1 死锁的演示

1.6 - 2 一把锁出现死锁的情况

1.6 - 3 死锁的条件

2. 线程同步

2.1 什么是同步：

2.2 条件变量：

2.2 - 1 pthread_cond_init / destroy

2.2 - 2 pthread_cond_wait

2.2 - 3 唤醒线程

2.3 代码演示：

2.3 - 1 同步的现象

2.3 - 2 解决小bug

2.3 - 4 条件变量经典错误