【Linux】POSIX 线程信号量与互斥锁▲

发布于:2025-05-11 ⋅ 阅读:(13) ⋅ 点赞:(0)

代码要求:高内聚,低耦合

高内聚:元素之间具有很强的关联性,模块的功能单一且集中

低耦合:代码之间的依赖关系尽可能简单,相互之间的影响和交互尽可能少

线程安全问题:多线程访问共享数据,且对共享数据的操作为非原子性操作(不可被中断的操作)

为解决这个问题:线程同步(线程信号量、线程互斥锁)

注意问题:线程同步带来的问题是效率的降低

重点注意:协议之间是数据传输,只能使用最基本的char [ ],不能使用指针(char  *)、容器(list、string等),因为是两个客户端之间的连接传输,相当于两台电脑,并不能知道你发送的地址是什么  !!!

这些是 POSIX 线程库中多线程技术相关的函数,若执行成功,通常返回值为 0;若执行失败,会返回一个非零的错误码

一、线程信号量

1.信号量初始化

int sem_init(sem_t *sem,int pshared,unsigned value);

参数:

sem: 要进行初始化的信号量对象
pshared :控制着信号量的类型,如果值为 0,表示它是当前进程的局部信号量
value:赋给信号量对象的一个整数类型的初始值

2.解锁

// 给信号量的值加上一个“1”
int  sem_post (sem_t *sem);

3.加锁

//信号量的值减去一个“1”

int  sem_wait (sem_t *sem);

4.销毁

int  sem_destroy (sem_t *sem);

二、线程互斥量

1.初始化

int pthread_mutex_init (pthread_mutex_t* mutex, const pthread_mutexattr_t* mutexattr);

2.加锁

int pthread_mutex_lock (pthread_mutex_t* mutex);

3.解锁

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t* mutex);

4.销毁

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t* mutex);

三、两者之间的区别:

1. 资源访问数量限制
  • 线程信号量:可以允许多个线程同时访问共享资源,具体数量由信号量的初始值决定。例如,若信号量初始值为 3,那么最多允许 3 个线程同时访问共享资源。
  • 线程互斥锁:同一时间只允许一个线程访问共享资源,起到独占访问的作用。
2. 用途场景
  • 线程信号量:适用于多个资源实例的情况,如多个数据库连接、多个文件句柄等。它可以控制并发访问的线程数量,避免资源耗尽。
  • 线程互斥锁:主要用于保护临界区,防止多个线程同时访问共享资源而导致的数据不一致问题,如对共享变量的读写操作。

四、条件变量

条件变量用来自动阻塞一个线程,直到某特殊情况发生为止。通常条件下 变量和互斥锁同时使用
条件变量是用来等待事件

这些 POSIX 线程库中与条件变量相关的函数,若执行成功,通常返回值为 0;若执行失败,会返回一个非零的错误码

(1)初始化

//初始化条件变量

int  pthread_cond_init(pthread_cond_t  * cond,pthread_condattr_t  * cond_attr)

(2)等待

 //自动释放mutex锁,等待条件满足

int  pthread_cond_wait(pthread_cond_t  * cond,pthread_mutex_t  * mutex);
//自动释放 mutex 锁,等待条件满足,如果在 abstime 时间内还没有满足,则返回错误
int  pthread_cond_timewait(pthread_cond_t  * cond,pthread_mutex  * mutex,const  timespec  * abstime);

(3)销毁

//销毁条件变量
int  pthread_cond_destroy(pthread_cond_t  * cond);  

(4)唤醒

//让等待条件满足的线程中某一个被唤醒

int  pthread_cond_signal(pthread_cond_t  * cond);

//让等待条件满足的线程中某一个被唤醒

int  pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t  * cond);

五、线程池

一个系统一般达到300线程是做合适的,超过300之后,性能反倒是降低,因此可以使用线程池

  • 减少线程创建和销毁的开销:线程的创建和销毁是比较耗时的操作,若频繁进行,会浪费大量的系统资源和时间。线程池在初始化时创建一定数量的线程,这些线程可以被重复使用来执行不同的任务,避免了反复创建和销毁线程的开销,从而提高了系统的响应速度和性能。

  • 提高资源利用率:线程池可以根据系统的负载情况动态调整线程的数量。当有大量任务提交时,线程池会增加线程数量来处理任务;当任务较少时,线程池会减少线程数量,避免资源的浪费。这样可以使系统资源得到更充分的利用,提高系统的整体性能。

  • 提高响应速度:当有任务到达时,线程池中有空闲线程可以立即执行任务,而不需要等待线程的创建

(1)首先线程池需要一个任务队列,用来存放客户端发来的请求,

(2)两个链表,一个空闲链表(将初始化的线程全部放在里面)

(3)一个忙碌链表,存放正在干活的线程

(4)通过条件变量来控制进程等待还是唤醒

(5)通过互斥锁来避免高并发带来的同时修改同一数据问题

#include "ThreadPool2.h"

ThreadPool2::ThreadPool2(int num)
{
	this->min_num = num;
	pthread_mutex_init(&this->mutex, NULL);
	pthread_cond_init(&this->conn, NULL);
	for (int i = 0; i < this->min_num; i++)
	{
		pthread_t id = 0;
		pthread_create(&id, NULL, thread_handle, this);
		this->idle_list.push_back(id);
	}
}

ThreadPool2::~ThreadPool2()
{
}

void ThreadPool2::lock()
{
	pthread_mutex_lock(&this->mutex);
}

void ThreadPool2::unlock()
{
	pthread_mutex_unlock(&this->mutex);
}

void ThreadPool2::wait()
{
	pthread_cond_wait(&this->conn, &this->mutex);
}

//唤醒线程池
void ThreadPool2::wakeup()
{
	pthread_cond_signal(&this->conn);

}

//添加任务到队列
void ThreadPool2::add_task(BaseTask* task)
{
	this->task_queue.push(task);
	this->wakeup();
}

//从队列取出一个任务
BaseTask* ThreadPool2::remove_task()
{

	BaseTask* task = this->task_queue.front();
	this->task_queue.pop();

	return task;
}

//从空闲队列到忙碌队列
void ThreadPool2::idle_to_busy(pthread_t id)
{

	list<pthread_t>::iterator it;
	it = find(this->idle_list.begin(), this->idle_list.end(), id);
	if (it != this->idle_list.end())
	{
		this->idle_list.erase(it);//从空闲队列移除
		this->busy_list.push_back(id);//添加到忙碌队列中
	}

}

void ThreadPool2::busy_to_idle(pthread_t id)
{
	list<pthread_t>::iterator it;
	it = find(this->busy_list.begin(), this->busy_list.end(), id);
	if (it != this->busy_list.end())
	{
		this->busy_list.erase(it);
		this->idle_list.push_back(id);
	}
}

void* ThreadPool2::thread_handle(void* p)
{
	ThreadPool2* p_this = (ThreadPool2*)p;
	//获取当前线程id
	pthread_t id = pthread_self();

	//将当前线程与主线程脱离
	pthread_detach(id);

	while (1)
	{
		
		p_this->lock();
		if (p_this->task_queue.empty())
		{
			p_this->wait();
		}

		//将当前线程从空闲列表移动到忙碌列表
		p_this->idle_to_busy(id);
		//从任务队列中获取一个任务
		BaseTask* task = p_this->remove_task();
		p_this->unlock();
		//执行任务
		task->working();
		cout << "任务执行完毕" << endl;
		p_this->busy_to_idle(id);
	}

	return nullptr;
}


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