基础概念
- 原子操作：不能被 CPU 调度打断的最小操作，一旦开始就执行完毕，中间不会切换线程。
- 临界代码（临界区）：被加锁、解锁包裹的代码片段。同一时刻只允许一个线程执行临界区代码，保护共享资源。
一、互斥锁 pthread_mutex_t
锁的核心作用
实现共享资源互斥访问，保证同一时间只有一个线程进入临界区。把 "读‑改‑写" 这种非原子操作包装成整体，防止并发修改把共享数据改乱；同时保证本线程修改后，其他线程可以看见最新数据，解决并发下数据一致性问题。
锁的好处与代价
✅好处：把非线程安全代码变成线程安全，避免脏读、更新丢失；可以控制执行顺序。
❌代价：带来性能开销；使用不当造成死锁；并发能力下降。
互斥锁工作原理
互斥锁依靠原子操作实现排他性。
- 线程 A 成功
lock拿到锁； - 其他线程调用
lock时拿不到锁，操作系统把该线程阻塞、让出 CPU； - 直到持有锁的线程执行完临界区，调用
unlock解锁； - OS 唤醒等待锁的其中一个线程，该线程才可以拿到锁继续运行。
一个进程可以定义任意多把互斥锁。
普通互斥锁不支持递归加锁：同一个线程已经拿到锁，再次 lock 直接阻塞死锁，必须先 unlock 才能再次 lock。
典型错误示范：
c
pthread_mutex_lock(&lock);
if(0){
pthread_mutex_unlock(&lock); // 永远执行不到解锁！锁被占用，其他线程全部卡死
}
// 没有解锁，锁永久占用 → 死锁互斥锁 API
头文件：#include <pthread.h>
| 函数 | 作用 |
|---|---|
pthread_mutex_t lock; |
定义互斥锁变量，一般作为全局变量 |
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *attr); |
初始化锁；attr 传 NULL 使用默认属性；成功返回 0 |
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex); |
阻塞加锁，拿不到锁就阻塞挂起线程 |
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex); |
非阻塞加锁，拿不到立刻返回，不会阻塞 |
int pthread_mutex_timedlock(pthread_mutex_t *mutex); |
带超时的阻塞加锁，超时直接返回，防止永久等待 |
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex); |
解锁；只有持有锁的线程才允许解锁 |
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex); |
销毁锁，用完释放资源；锁还被占用会失败返回 EBUSY |
编译线程代码必须加
-pthread：gcc main.c -o main -pthread
死锁
死锁：多线程使用多把锁，所有线程互相等待对方持有的锁，全部卡住，程序不再往下运行。
死锁 4 个必要条件（4 个同时满足才会死锁）
- 互斥条件：资源（锁）同一时刻只能一个线程占有
- 不可剥夺条件：已经被占用的锁，不能被别的线程强行抢走
- 请求与保持：线程已经持有一部分锁，同时请求另外被占用的锁，不释放手上已拿到的
- 循环等待：线程之间形成环形等待链，A 等 B 的锁，B 等 C 的锁，C 又等 A 的锁
避免死锁方案
- 使用
pthread_mutex_trylock()，拿不到锁就释放自己手上已经持有的锁，重试或者做别的逻辑 - 所有线程加锁顺序完全统一，统一先拿锁 A，再拿锁 B，不要有的线程 A→B，有的 B→A
二、信号量 semaphore
信号量本质代表可用资源计数，CPU、内存、缓冲区都可以当作资源。资源有限，信号量只支持：初始化、销毁、申请资源、释放资源；可以用来控制线程执行先后顺序，也可以实现互斥。
头文件：#include <semaphore.h>
| 函数 | 功能说明 |
|---|---|
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value); |
初始化信号量。pshared=0：线程之间共享；pshared≠0：进程间共享，要搭配共享内存；value：初始可用资源数。成功返回 0，失败返回 -1，设置 errno |
int sem_destroy(sem_t *sem); |
销毁信号量，释放资源；成功 0，失败 -1 |
int sem_wait(sem_t *sem); |
申请资源，信号量 -1；如果当前值为 0，线程阻塞等待资源；成功 0，失败 -1 |
int sem_post(sem_t *sem); |
释放资源，信号量 +1；原子加 1，同时唤醒一个正在等待该信号量的线程；成功 0，失败 -1 |
小提示：
- 信号量初值设为 1，效果等价互斥锁，可以实现临界区保护；
- sem_wait 对应 P 操作（申请），sem_post 对应 V 操作（释放）；
- 编译同样需要
-pthread。
简单对比：互斥锁 vs 信号量
- 互斥锁：专门做互斥，谁加锁谁解锁；所有权概念。
- 信号量：资源计数器，可以互斥，也可以做线程同步；谁都可以 post 释放，没有 "持有者" 概念。
三、可直接复制的极简示例（互斥锁）
c
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
pthread_mutex_t lock;
int num = 0;
void *func(void *arg)
{
int i;
for(i = 0; i < 50000; i++)
{
pthread_mutex_lock(&lock);
num++; //临界区
pthread_mutex_unlock(&lock);
}
return NULL;
}
int main()
{
pthread_t t1,t2;
pthread_mutex_init(&lock,NULL);
pthread_create(&t1,NULL,func,NULL);
pthread_create(&t2,NULL,func,NULL);
pthread_join(t1,NULL);
pthread_join(t2,NULL);
printf("num = %d\n",num);
pthread_mutex_destroy(&lock);
return 0;
}