目录

一、线程间通信基础

1. 概念

2. 通信基础：共享空间

二、互斥锁（Mutex）

1. 概念

2. 使用流程

3. 函数接口

三、死锁

1. 概念

2. 死锁产生的 4 个必要条件

3. 避免死锁的方法

四、信号量（Semaphore）

1. 概念

2. 函数接口

3. 应用场景

一、线程间通信基础

1. 概念

线程间通信指多个线程之间传递信息的过程，是多线程协作完成任务的核心机制

2. 通信基础：共享空间

同一进程中的多个线程共享以下资源，这是线程间通信的基础：

• 文本段（代码区）
• 数据段（全局变量、静态变量等）
• 堆区（动态分配的内存空间）

注意：线程独享栈区（默认 8M），栈区数据不共享；因此线程间通信主要依赖共享的全局变量、堆区数据等

采用全局变量的原因：

• 进程是操作系统资源分配的最小单元
• 每个进程空间独立的，包含文本段+数据段（全局变量）+系统数据段
• 一个进程中的多个线程独享栈空间，文本段、数据段、堆区进程多线程共享

同一进程的线程共享全局变量、静态变量、堆区数据（malloc 分配），但局部变量（栈区）不共享；因此线程间通信需通过共享变量，避免使用栈区数据

• 多线程同时操作共享空间会引发资源竞争，需要加上互斥锁解决资源竞争问题

二、互斥锁（Mutex）

1. 概念

• 互斥锁是解决多线程资源竞争的核心机制，可视为一种 "独占性资源"
• 特性：同一时间只能有一个线程获得锁，加锁期间其他线程需等待解锁后才能再次加锁
• 临界区：加锁和解锁之间的代码段，即被互斥锁保护的共享资源操作代码
• 只能防止多个线程对资源的竞争，不能决定代码的先后执行顺序
• 原子操作：CPU 执行加锁 / 解锁操作时无法切换任务，保证操作的不可分割性

2. 使用流程

3. 函数接口

函数名	原型	功能	参数说明	返回值
pthread_mutex_init	int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr)	初始化互斥锁	- mutex： 互斥锁变量地址 - attr： 锁属性（默认 NULL，使用默认属性）	成功返回 0 失败返回 - 1
pthread_mutex_lock	int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex)	互斥锁加锁	mutex： 互斥锁变量地址	成功返回 0 失败返回 - 1（若锁已被占用，会阻塞等待）
pthread_mutex_unlock	int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex)	互斥锁解锁	mutex： 互斥锁变量地址	成功返回 0 失败返回 - 1
pthread_mutex_destroy	int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex)	销毁互斥锁	mutex： 互斥锁变量地址	成功返回 0 失败返回 - 1

三、死锁

1. 概念

多线程因加锁 / 解锁顺序错误，导致线程相互等待对方释放锁资源，程序无法继续执行的状态。

2. 死锁产生的 4 个必要条件

条件	说明
互斥条件	资源（如锁）只能被一个线程占用
不可剥夺条件	线程占用的资源不能被强制剥夺
请求保持条件	线程持有部分资源，同时请求其他资源
循环等待条件	线程间形成资源请求循环（如线程 1 等待线程 2 的锁，线程 2 等待线程 1 的锁）

3. 避免死锁的方法

1. 保持加锁顺序一致：所有线程按固定顺序加锁（如先锁 A 再锁 B）
2. 使用非阻塞加锁：用pthread_mutex_trylock（尝试加锁，失败时不阻塞，返回错误码）替代pthread_mutex_lock
3. 限时加锁：设置加锁超时时间，超时后释放已持有的锁

四、信号量（Semaphore）

1. 概念

1. 信号量是一种资源
2. 信号量只能完成四种操作：初始化、销毁、申请、释放
3. 如果信号量资源数为0，申请资源会阻塞等待，直到占用资源的任务释放资源，资源数不为0时才能申请到资源并继续向下执行
4. 释放资源不会阻塞

2. 函数接口

函数名	原型	功能	参数说明	返回值
sem_init	int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value)	初始化信号量	- sem： 信号量变量地址 - pshared： 0 表示线程间共享，非 0 表示进程间共享 - value： 初始资源数量	成功返回 0 失败返回 - 1
sem_destroy	int sem_destroy(sem_t *sem)	销毁信号量	sem： 信号量变量地址	成功返回 0 失败返回 - 1
sem_wait	int sem_wait(sem_t *sem)	申请信号量（P 操作）	sem： 信号量变量地址	成功返回 0（资源数 - 1） 失败返回 - 1；资源数为 0 时阻塞
sem_post	int sem_post(sem_t *sem)	释放信号量（V 操作）	sem： 信号量变量地址	成功返回 0（资源数 + 1） 失败返回 - 1

注意：

• 申请信号量会让信号量资源数-1
• 如果信号量资源数为0，则会阻塞等待，直到有任务释放资源，才能拿到资源并继续向下 执行

3. 应用场景

• 控制并发访问数量（如限制同时访问共享内存的线程数）
• 实现线程间的同步（如生产者 - 消费者模型中控制数据读写顺序）

注意：

1. 互斥锁与信号量的区别

• 互斥锁：用于 "独占" 资源（资源数固定为 1），解决资源竞争
• 信号量：用于 "计数" 资源（资源数可自定义），控制并发数量或同步

     2.临界区设计原则

• 临界区代码应尽可能精简，仅包含对共享资源的操作，减少线程等待时间，提高效率