1.C++语言实现多线程同步的四种方式(代码演示)
2.linux是如何解决优先级反转问题的?
3.Pthread编程barrier,spin,mutex,rwlock,semaphore,condition详解
4.c++笔记(读写锁)
5.Linux线程共享变量的安全性保障linux线程共享变量

C++语言实现多线程同步的四种方式(代码演示)

       本文将探讨C++语言实现多线程同步的四种方式：互斥锁、条件变量、读写锁与信号量。

       互斥锁是C++线程同步的基础，实现一个特殊全局变量，具有lock和unlock状态。古剑飞仙手游源码大全锁定互斥锁后，其他线程需在锁被释放后方能获取。静态初始化时，使用`pthread_mutex_t mutex_x = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;`；动态初始化时，调用`pthread_mutex_init`函数。

       互斥锁属性分为`PTHREAD_PROCESS_PRIVATE`与`PTHREAD_PROCESS_SHARED`，前者限于单进程内，后者支持跨进程。互斥锁类型包括三种，通过`type`参数定义。

       测试加锁函数`pthread_mutex_lock`在锁被占用时返回`EBUSY`，允许线程继续运行，而非挂起。此函数可清晰展示线程争用资源的情况。

       条件变量是互斥锁的补充，用于线程等待特定条件满足时，进入睡眠状态，当条件满足时，唤醒线程。条件变量通过阻塞和等待信号实现，常与互斥锁结合使用。创建条件变量使用静态方式`pthread_cond_t cond PTHREAD_COND_INITIALIZER;`或动态方式`int pthread_cond_init(&cond,微网课源码NULL);`。

       条件变量有等待、信号与广播函数。等待函数`pthread_cond_wait(&cond,&mutex)`与`pthread_cond_timewait`允许线程等待条件满足或超时。信号函数`pthread_cond_signal(&cond)`与广播函数`pthread_cond_broadcast(&cond)`唤醒等待线程。

       读写锁允许多个线程同时读取数据，但只允许一个线程写入。读写锁分为强读同步与强写同步策略。初始化读写锁使用静态方式`pthread_rwlock_t rwlock = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;`或动态方式`int pthread_rwlock_init(rwlock,NULL);`，资源释放前需调用`pthread_rwlock_destory`。

       读写锁的获取锁方式分为阻塞与非阻塞两种。非阻塞方式允许快速尝试获取锁，避免阻塞，提高效率。

       信号量允许线程共享资源，与互斥锁不同的是，信号量允许多个线程进入临界区。初始化信号量后，通过加减操作管理资源。示例通过信号量模拟窗口服务，展示资源分配与释放过程。

linux是如何解决优先级反转问题的?

       从一个线上问题说起，最近在线上遇到了一些[HMDConfigManager remoteConfigWithAppID:]卡死的情况。通过观察发现，出问题的线程都有QOS:BACKGROUND标记。整体看起来持有锁的子线程仍然在执行，只是留给主线程的时间不够了。这种现象可能是移码转化为源码优先级反转导致的，即持有读写锁且优先级低的线程迟迟得不到调度，而具有高优先级的线程由于拿不到读写锁，一直被阻塞，从而导致互相死锁。

       解决这个问题的关键在于调整队列的优先级。在iOS8之后引入了QualityOfService的概念，类似于线程的优先级，通过设置不同的QualityOfService的值，可以分配不同的CPU时间、网络资源和硬盘资源等。因此，我们可以尝试通过调整队列的优先级来解决优先级反转问题。

       具体解决方法有两种：一种是去除对NSOperationQueue的优先级设置，遵循苹果的建议，不要随意修改线程的优先级，特别是存在高低优先级线程之间存在临界资源竞争的情况。另一种方法是在线程通过pthread_rwlock_wrlock拿到_rwlock的时候，临时提升其优先级，在释放_rwlock之后，恢复其原先的优先级。这里需要注意的是，这种方法只能使用pthread的api，不能使用NSThread提供的API。

       为了验证上述的手动调整线程优先级是否有效，可以通过本地实验进行测试。定义了个operation（目的是为了CPU繁忙），优先级设置为NSQualityOfServiceUserInitiated，有了源码然后且对其中可以被整除的operation的优先级调整为NSQualityOfServiceBackground，在每个operation执行相同的耗时任务，然后对这被选中的个operation进行耗时统计。

       统计结果显示，通过手动调整其优先级，低优先级任务的整体耗时得到大幅度的降低，这样在持有锁的情况下，可以减少对主线程的阻塞时间。最终上线验证，通过调整优先级解决了线上遇到的问题，卡死情况得到了缓解。

       通过深入理解优先级反转，可以发现它是指某同步资源被较低优先级的进程/线程所拥有，较高优先级的进程/线程竞争该同步资源未获得该资源，导致较高优先级进程/线程反而推迟被调度执行的现象。根据阻塞类型的不同，优先级反转可以分为Bounded priority inversion和Unbounded priority inversion。

       解决Unbounded priority inversion有两种方法：优先权极限（priority ceiling protocol）和优先级继承（priority inheritance）。这两种方法都会在释放锁的时候，恢复低优先级任务的优先级，但无法阻止Bounded priority inversion。要避免优先级反转，可以通过QoS传递在不同线程（或queue）间传递QoS。

       在iOS系统中，优先级反转可以通过系统API来触发优先级反转避免机制。在发生优先级反转时，如果系统知道block所在的驱动鼠标按键源码目标线程，系统会通过提高相关线程的优先级来解决优先级反转的问题。如果系统不知道block所在的目标线程，则无法知道应该提高谁的优先级，也就无法解决反转问题。

       通过深入调研各种基础系统API，如pthread mutex、os_unfair_lock、pthread_rwlock_t、dispatch_sync、dispatch_wait、dispatch_semaphore等，可以验证这些API在解决优先级反转问题时的表现。通过验证可以发现，不同API在处理优先级反转时有不同表现，例如pthread mutex、os_unfair_lock和dispatch_sync等API在处理优先级反转时能够提升线程优先级，而dispatch_semaphore则无法避免优先级反转。

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Pthread编程barrier,spin,mutex,rwlock,semaphore,condition详解

       在多线程编程中，理解同步机制对于确保程序的正确性和效率至关重要。以下是对各种同步机制的详细解析，包括barrier、spin、mutex、rwlock、semaphore和condition，以及它们在并行算法中的应用。

       barrier

       barrier是一种同步机制，用于确保一组线程在执行特定操作前达到一致状态。它维护一个计数器和等待线程队列。当线程请求检查barrier状态时，如果等待线程数量小于指定计数减一，该线程将被挂起并加入队列，返回状态为0。当等待线程数量达到计数减一时，barrier会循环唤醒所有挂起的线程，清空队列，并返回PTHREAD_BARRIER_SERIAL_THREAD状态。

       lock

       锁是解决线程间并发数据访问冲突的一种机制，确保同一时刻只有一个线程能访问共享资源。程序在访问数据前应先执行加锁操作，获取访问权限。加锁意味着向操作系统申请访问权，当前线程在获取权限前不能执行后续操作。开锁则是将访问权限归还操作系统，可能分配给等待的线程之一。

       spin

       自旋锁是一种轻量级的锁机制，用于处理简单的线程同步问题。在元素查找实例中，自旋锁允许线程在等待资源时进行循环操作，而不是阻塞等待，从而减少线程切换的开销。

       mutex

       互斥锁是一种同步机制，用于保护共享资源免受并发访问的影响。当一个线程执行开锁操作后，其他线程只能在队列非空时恢复执行，或者当前线程将锁的状态设为开锁，继续执行。

       rwlock

       读写锁是一种并发控制机制，允许多个线程同时读取共享资源，但同一时刻仅允许一个线程进行写操作。原子操作函数，如`__sync_fetch_and_add`，用于安全地对计数器进行加法操作，防止中间状态导致的数据不一致。

       semaphore

       信号量是用于控制多个线程访问共享资源的一种机制，常用于生产者-消费者模型。信号量维护一个计数器，表示当前可以被消费的资源数量。生产者向信号量申请释放资源，消费者从信号量请求资源。

       condition

       条件量（condition）与互斥锁结合使用，用于协调线程间的同步。当一个线程需要等待特定条件满足时，它可以通过条件量进行等待，而当条件满足时，可以使用`pthread_cond_broadcast`或`pthread_cond_signal`唤醒等待的线程。

       通过这些同步机制，多线程程序可以有效地控制并行操作的执行顺序，避免数据竞争和死锁，从而提高程序的性能和可靠性。

c++笔记(读写锁)

       C++中，当一个线程持有互斥锁时，其他试图进入的线程会被阻塞，但若读操作更为频繁，互斥锁的排它性可能会导致读请求被阻塞。为了解决这个问题，引入了读写锁。读写锁设计用于允许多个线程同时读取，但限制写操作的独占性。

       其主要特点如下：

       在读操作活跃时，其他线程可以申请并获取读锁，执行读操作，但禁止写操作。

       若写操作正在进行，所有线程都被阻塞，包括读操作，直到写操作结束。

       读写锁分为读锁和写锁，遵循以下规则：

       一个线程持有读锁时，其他线程可以获取读锁，但不能申请写锁。

       一旦有线程持有写锁，无论是读锁还是写锁，其他线程都不能获取。

       在POSIX系统中，读写锁的实现形式为pthread_rwlock_t类型。

Linux线程共享变量的安全性保障linux线程共享变量

       Linux线程共享变量的安全性保障

       在Linux操作系统开发中，由于多核CPU的出现，线程开发技术也得到了普及。随着当前Linux应用系统的发展，一个应用进程通常会被分解成多个多线程进行任务的分解，这样可以有效的提高程序的运行效率。这个时候，多个线程之间实现变量共享就变得十分重要，使整个程序的逻辑性能更加紧凑、运行效率更高。那么，Linux线程共享变量的安全性保障如何实现呢？

       首先，需要采用“互斥锁”来保护共享变量，避免出现两线程更改同一变量时，产生数据混乱的情况，可以使用Linux提供的pthread_mutex_lock（）函数来实现。

       另外，为了防止多线程在竞争互斥锁时出现死锁，可以使用pthread_mutex_trylock（）函数。这个函数可以在每次申请获取互斥锁时，自动判断互斥锁状态，如果当前互斥不可以获取，则返回EBUSY状态。

       常用的 Linux线程共享变量的安全性保障还有“读写锁”。当一个线程企图去更改共享变量时，读写锁将阻止其他任何程序访问该变量，可以使用pthread_rwlock_wrlock（）函数实现。而当一个进程只是企图去读取共享变量时，获取读写锁控制权，无需阻塞其它程序，就可以进行读取。可以使用pthread_rwlock_rdlock（）函数实现。

       此外，关于Linux线程共享变量的安全性问题，在某些情况下也可以使用“信号量”来处理，信号量通常用于在多个线程之间实现线程的控制，可以使用sem_wait（）、sem_post（）函数实现。

       通过以上几种方式，Linux线程共享变量的安全性保障可以得到极好的保障，在多线程应用运行中，可以有效的避免多线程资源竞争带来的不稳定因素，从而提高程序效率。