今天说一下线程间的通信
Linux线程间通信与同步
同一进程下所有线程，共享全局变量、堆、文件描述符。线程天然共享内存，但会出现数据竞争。线程通信主要靠共享内存 + 同步工具。管道、消息队列、shm共享内存属于进程间IPC，线程虽然也能用，但太重，线程一般不用。
用到头文件：#include <pthread.h>
1.裸用全局变量（错误例子）
int cnt = 0;
void* thr_func(void *arg)
{
int i;
for(i = 0; i < 10000; i++)
{
cnt++;
}
return NULL;
}
开两个线程，预期20000，实际结果偏小。
原因cnt++不是单条CPU指令：读，自增，写回。线程切换会互相覆盖，数据丢失。必须加锁保护临界区。
2.互斥锁 pthread_mutex_t
作用：同一时间只允许一个线程进入临界代码段。
接口：
1)pthread_mutex_init() 动态初始化锁
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *attr);
attr传NULL代表默认属性。
静态初始化直接写：pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
2)pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
拿锁。锁被别人占着，当前线程阻塞休眠，直到拿到锁才返回。
3)pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
尝试加锁，非阻塞。拿不到直接返回EBUSY，不会睡觉。不建议死循环trylock，浪费CPU。
4)pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
解锁。必须是谁加锁谁解锁，不能A线程lock，B线程unlock，行为未定义。
5)pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
销毁锁，释放资源。
正确使用模板：
pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
int cnt = 0;
void* thr_func(void *arg)
{
int i;
for(i = 0; i < 10000; i++)
{
pthread_mutex_lock(&mtx);
cnt++;
pthread_mutex_unlock(&mtx);
}
return NULL;
}
坑点：lock之后，如果return、break直接跳出，忘记unlock，直接死锁。
死锁两种常见场景：普通锁重复加锁；A拿锁1等锁2，B拿锁2等锁1。
3.条件变量 pthread_cond_t
互斥锁只管访问互斥，解决不了"等待某个条件成立"。比如生产者放数据，消费者没数据就休眠，不要while死循环轮询占满CPU，就用条件变量。
接口：
静态初始化：pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
动态初始化：int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *attr);
1)pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);
重点：调用wait的时候，线程必须已经持有这把mtx互斥锁。
做两件原子操作：
①线程进入条件变量等待队列休眠
②自动释放mtx锁，别的线程可以抢到锁修改共享数据。
被唤醒之后，函数返回之前会自动重新获取mtx锁，才返回。
重点：wait睡醒，条件不一定真满足！操作系统会产生虚假唤醒。判断条件必须用while，绝对不能用if。
2)pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
唤醒至少一个阻塞在cond上的线程，叫醒其中一个。
3)pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
广播，把所有睡在这个cond上面的线程全部唤醒。
4)pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);销毁条件变量。
极简生产者消费者伪代码：
pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
int buf = 0;
//消费者
void* consumer(void* arg)
{
pthread_mutex_lock(&mtx);
while(buf == 0) //必须while，不能if
{
pthread_cond_wait(&cond, &mtx);
}
//走到这里buf有数据
printf("消费:%d\n",buf);
buf = 0;
pthread_mutex_unlock(&mtx);
return NULL;
}
//生产者
void* producer(void* arg)
{
pthread_mutex_lock(&mtx);
buf = 100;
pthread_cond_signal(&cond); //叫醒消费者
pthread_mutex_unlock(&mtx);
return NULL;
}
4.读写锁 pthread_rwlock_t
场景：读多写少。很多线程可以同时读；写的时候，所有读、写全部阻塞。读共享，写独占。
接口：
静态初始化：pthread_rwlock_t rwlock = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;
动态：pthread_rwlock_init()
pthread_rwlock_rdlock(&rwlock); 加读锁，多个线程可以同时拿读锁
pthread_rwlock_wrlock(&rwlock); 加写锁，独占
pthread_rwlock_tryrdlock(&rwlock);尝试读锁非阻塞
pthread_rwlock_trywrlock(&rwlock);尝试写锁非阻塞
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);释放锁
pthread_rwlock_destroy(&rwlock);销毁
坑：大量读锁持续占用，写线程会一直拿不到锁，写饥饿。
5.自旋锁 pthread_spinlock_t
普通互斥锁拿不到就休眠，切换线程有系统开销。自旋锁拿不到锁的时候，CPU空转循环忙等，不切换上下文。
适合：锁保持时间特别短。如果锁占用时间长，CPU直接跑满，不适合。
接口：
pthread_spin_init()初始化
pthread_spin_lock()自旋加锁，拿不到就原地循环
pthread_spin_trylock()非阻塞尝试拿
pthread_spin_unlock()解锁
pthread_spin_destroy()销毁
6.POSIX无名信号量 sem_t（线程同步常用）
头文件 #include <semaphore.h>
注意这是POSIX信号量，不是system V的信号量。可以用于线程同步，也可以用于进程。
接口：
sem_t sem;
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
pshared=0，用于同一个进程内部线程；value信号量初始值。
sem_wait(sem_t *sem); 信号量大于0就减1继续走；等于0线程阻塞休眠。
sem_trywait(sem_t *sem);非阻塞版本。
sem_post(sem_t *sem);信号量+1，唤醒等待的线程。
sem_destroy(sem_t *sem);销毁无名信号量。
可以实现生产者消费者，也可以做锁。信号量可以记录资源计数，互斥锁只能0/1。
7.线程也能使用信号
pthread_kill(线程tid, sig);给指定线程发送信号。
注意：信号是进程全局资源，多线程下信号处理很容易乱，线程开发尽量少用信号做通信。
总结区分：
1.互斥锁：保护临界资源，同一时间只一个线程访问。
2.条件变量：配合互斥锁，做等待‑唤醒逻辑，解决生产者消费者。必须while判断防虚假唤醒。
3.读写锁：读多写少场景。
4.自旋锁：锁持有极短，避免线程切换开销；不能长时间占用。
5.sem_t信号量：做资源计数同步。
重点提醒：
线程之间天然共享内存，这是线程最主要通信方式。上面全部工具，本质都是用来解决"共享内存带来的数据竞争问题"。
管道、FIFO、消息队列、systemV共享内存属于进程间通信，线程能用，但是开销大，线程一般优先用pthread系列同步接口。