LinuxC语言并发程序笔记补充

锁除了互斥锁，还有一个读写锁，进程通信还有对互斥锁优化的条件变量和死锁的概念。

一、死锁（Dead-lock）

概念：多个线程各自已握住至少一把锁，又试图去获取别人手里的锁，形成环形等待链；因为锁不可被外力剥夺，整个环路永久阻塞。

作用：本身无正面作用，是"锁使用不当"的产物；理解它是为了在设计上破坏四个必要条件（互斥、占有且等待、不可抢占、循环等待），让系统可持续推进。

函数api：

同互斥锁

最小示例：

cpp 复制代码

pthread_mutex_t m1=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER,
                m2=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
void *t1(void *){
    pthread_mutex_lock(&m1);
    sleep(1);
    pthread_mutex_lock(&m2);    // 等待 t2 的 m2
    pthread_mutex_unlock(&m2);
    pthread_mutex_unlock(&m1);
    return NULL;
}
void *t2(void *){
    pthread_mutex_lock(&m2);
    sleep(1);
    pthread_mutex_lock(&m1);    // 等待 t1 的 m1 → 循环等待
    pthread_mutex_unlock(&m1);
    pthread_mutex_unlock(&m2);
    return NULL;
}

pthread_mutex_t m1=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER是一种比较特殊的宏初始化用法。

因为m1和m2都需要两个锁，但同一时间他们都分别申请了1和2，而对于m1，它只有锁1，要锁2，而m2持有锁2，需要锁1。他们拿着锁也不放手，他们就都会卡死，这就是死锁。

二、读写锁（Reader-Writer Lock）

概念：把"锁"细分成"读锁"与"写锁"两种权限；读锁可被多个线程同时持有，写锁只能被一个线程持有，且写锁与任何锁互斥。是互斥锁pro，因为其支持一对多。

作用：在读操作远多于写操作的场景下，允许读者并行进入临界区，降低串行度，提升整体吞吐量，同时仍保证写操作的原子性与可见性。

函数api：

|------------------------------------------|-----------|
| pthread_rwlock_rdlock | 阻塞加读锁 |
| pthread_rwlock_wrlock | 阻塞加写锁 |
| pthread_rwlock_unlock | 解锁（读/写通用） |
| pthread_rwlock_tryrdlock / trywrlock | 非阻塞版本 |

用法和互斥锁的几乎一致

最小示例：

cpp 复制代码

pthread_rwlock_t rw=PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;
int data=0;

void *reader(void *){
    pthread_rwlock_rdlock(&rw);
    printf("read %d\n", data);
    pthread_rwlock_unlock(&rw);
    return NULL;
}
void *writer(void *){
    pthread_rwlock_wrlock(&rw);
    data++;
    printf("write %d\n", data);
    pthread_rwlock_unlock(&rw);
    return NULL;
}

多个 reader 可同时持有读锁；但writer 必须独占写锁。

三、条件变量（Condition Variable）

概念：一种"等待-通知"原语，与互斥锁配合使用；线程可以在"条件尚未成立"时原子地释放锁并进入休眠，条件成立后被其他线程显式唤醒，再自动重新获得锁。

作用：把"反复轮询条件"改为"事件驱动"，既避免 CPU 空转，又能在条件变化的瞬间精准唤醒等待线程，实现高效的同步与调度。

函数api：

|--------------------------|--------------------|
| pthread_cond_wait | 原子地：解锁→阻塞→被唤醒后重新加锁 |
| pthread_cond_signal | 唤醒一个等待线程 |
| pthread_cond_broadcast | 唤醒全部等待线程 |
| pthread_cond_timedwait | 最多等待指定时间 |

最小示例：

cpp 复制代码

pthread_mutex_t m=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t  c=PTHREAD_COND_INITIALIZER;
int count=0;

void *prod(void *){
    pthread_mutex_lock(&m);
    count++;
    printf("produce %d\n", count);
    pthread_cond_signal(&c);   // 通知消费者
    pthread_mutex_unlock(&m);
    return NULL;
}
void *cons(void *){
    pthread_mutex_lock(&m);
    while(count==0)            // 防止虚假唤醒
        pthread_cond_wait(&c,&m);
    count--;
    printf("consume %d\n", count);
    pthread_mutex_unlock(&m);
    return NULL;
}

消费者先拿到锁却发现无数据时，通过 cond_wait 函数会释放锁并睡眠；生产者修改条件后 signal 将其唤醒，消费者在通过 cond_wait 函数拿回锁，进行读写操作。