linux实现线程同步有几种方式

在 Linux 系统中，实现线程同步有多种方式，每种方式适用于不同的场景。以下是主要的线程同步方法及其特点：

1. 互斥锁 (Mutex)

• 原理：通过锁机制确保同一时间只有一个线程访问共享资源。
• API： c pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; pthread_mutex_lock(&mutex); // 加锁 pthread_mutex_unlock(&mutex); // 解锁
• 特点：
  • 简单高效，适用于短期锁定。
  • 可能引发死锁（需避免嵌套加锁或未释放锁）。

2. 读写锁 (Read-Write Lock)

• 原理：允许多个读线程同时访问，但写线程独占资源。
• API： c pthread_rwlock_t rwlock = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER; pthread_rwlock_rdlock(&rwlock); // 读锁 pthread_rwlock_wrlock(&rwlock); // 写锁 pthread_rwlock_unlock(&rwlock); // 解锁
• 特点：
  • 读多写少的场景性能更优（如缓存系统）。

3. 条件变量 (Condition Variable)

• 原理：线程等待某个条件成立时阻塞，条件满足时被唤醒。
• API： c pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER; pthread_cond_wait(&cond, &mutex); // 等待条件（需配合互斥锁） pthread_cond_signal(&cond); // 唤醒一个等待线程 pthread_cond_broadcast(&cond); // 唤醒所有等待线程
• 特点：
  • 必须与互斥锁配合使用。
  • 适用于生产者-消费者模型等场景。

4. 自旋锁 (Spinlock)

• 原理：线程通过忙等待（Busy-Waiting）尝试获取锁。
• API： c pthread_spinlock_t spinlock; pthread_spin_lock(&spinlock); // 自旋加锁 pthread_spin_unlock(&spinlock); // 解锁
• 特点：
  • 避免上下文切换，适合极短临界区（如内核态）。
  • 长时间等待会浪费CPU资源。

5. 屏障 (Barrier)

• 原理：阻塞所有线程直到指定数量的线程到达同步点。
• API： c pthread_barrier_t barrier; pthread_barrier_init(&barrier, NULL, n_threads); // 初始化 pthread_barrier_wait(&barrier); // 等待同步
• 特点：
  • 适用于多阶段并行计算（如MapReduce）。

6. 信号量 (Semaphore)

• 原理：通过计数器控制线程访问资源数量。
• API： c sem_t sem; sem_init(&sem, 0, initial_value); // 初始化 sem_wait(&sem); // P操作（减1） sem_post(&sem); // V操作（加1）
• 特点：
  • 可用于线程间或进程间同步。
  • 支持计数信号量（如限制资源池并发数）。

7. 文件锁 (fcntl/flock)

• 原理：通过文件描述符实现跨进程同步。
• API： c flock(fd, LOCK_EX); // 加排他锁 flock(fd, LOCK_UN); // 解锁
• 特点：
  • 适用于进程间同步（非纯线程场景）。

8. 原子操作 (Atomic Operations)

• 原理：通过CPU指令保证操作的原子性（如CAS）。
• API（GCC内置）： c __sync_fetch_and_add(&counter, 1); // 原子加法
• 特点：
  • 无锁编程基础，性能极高。
  • 适用于简单计数器或标志位。

选择建议

注意事项

1. 避免死锁：按固定顺序获取多个锁，或使用 pthread_mutex_trylock。
2. 性能权衡：自旋锁 vs 互斥锁取决于临界区执行时间。
3. 进程共享：部分同步对象需设置 PTHREAD_PROCESS_SHARED 属性。

通过合理选择同步机制，可以平衡线程安全性与系统性能。