linux下的多线程通信

本文介绍: 在Linux下，多线程通信主要涉及共享内存和线程间同步。因为Linux的线程库（POSIX线程库，或称为pthreads）允许线程共享进程的地址空间，所以线程间可以直接读写共享的内存区域来实现通信。然而，由于多个线程可能同时访问和修改共享数据，因此需要使用同步机制来避免数据竞争和不一致。

在Linux下，多线程通信主要涉及共享内存和线程间同步。因为Linux的线程库（POSIX线程库，或称为pthreads）允许线程共享进程的地址空间，所以线程间可以直接读写共享的内存区域来实现通信。然而，由于多个线程可能同时访问和修改共享数据，因此需要使用同步机制来避免数据竞争和不一致。

以下是一些常见的Linux下多线程通信和同步的方法：

共享内存：

线程可以访问进程地址空间中的任何内存区域，因此可以直接读写共享变量或数据结构来实现通信。
需要注意的是，对共享内存的访问必须被适当地同步，以避免数据竞争。

互斥锁（Mutexes）：

互斥锁用于保护共享资源，确保同一时间只有一个线程可以访问被保护的资源。
在Linux中，可以使用pthread_mutex_t类型和相关的函数（如pthread_mutex_init、pthread_mutex_lock、pthread_mutex_unlock）来创建和管理互斥锁。

pthread_mutex_t mutex;  
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);  

// 在访问共享资源前加锁  
pthread_mutex_lock(&mutex);  
// 访问共享资源  
pthread_mutex_unlock(&mutex); // 释放锁

条件变量（Condition Variables）：

条件变量常与互斥锁一起使用，允许线程等待某个条件成立。
当条件满足时，条件变量可以唤醒等待的线程。
在Linux中，可以使用pthread_cond_t类型和相关的函数（如pthread_cond_init、pthread_cond_wait、pthread_cond_signal、pthread_cond_broadcast）来创建和管理条件变量。

pthread_cond_t cond;  
pthread_cond_init(&cond, NULL);  

// 等待条件成立  
pthread_mutex_lock(&mutex);  
while (!condition) {  
    pthread_cond_wait(&cond, &mutex); // 释放锁并等待  
}  
// 条件成立，继续执行  
pthread_mutex_unlock(&mutex);  

// 在另一个线程中，当条件满足时  
pthread_mutex_lock(&mutex);  
condition = true;  
pthread_cond_signal(&cond); // 唤醒一个等待的线程  
pthread_mutex_unlock(&mutex);

信号量（Semaphores）：

信号量是一种计数器，用于控制对共享资源的访问数量。
它可以用于实现互斥（计数为1）或限制对资源的并发访问数量。
在Linux中，可以使用sem_t类型和相关的函数（如sem_init、sem_wait、sem_post）来创建和管理信号量。

sem_t semaphore;  
sem_init(&semaphore, 0, 1); // 初始化为1  

// P操作（减少信号量）  
sem_wait(&semaphore);  
// 访问共享资源  
sem_post(&semaphore); // V操作（增加信号量）

读写锁（Read-Write Locks）：

读写锁允许多个线程同时读取共享资源，但只允许一个线程写入。
这可以提高性能，因为读操作通常不会修改数据，所以可以并发进行。
在Linux中，可以使用pthread_rwlock_t类型和相关的函数（如pthread_rwlock_init、pthread_rwlock_rdlock、pthread_rwlock_wrlock、pthread_rwlock_unlock）来创建和管理读写锁。

pthread_rwlock_t rwlock;  
pthread_rwlock_init(&rwlock, NULL);  

// 读锁  
pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);  
// 读取共享资源  
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);  

// 写锁  
pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);  
// 修改共享资源  
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);

线程局部存储（Thread-Local Storage, TLS）：

虽然不是直接用于通信，但线程局部存储允许每个线程拥有其自己的变量副本，这对于避免数据竞争和简化同步很有用。

消息队列：

虽然消息队列通常用于进程间通信，但它们也可以用于线程间通信。POSIX消息队列允许线程之间发送和接收消息。

mqd_t mq;  
struct mq_attr attr;  
attr.mq_flags = 0;  
attr.mq_maxmsg = 10;  
attr.mq_msgsize = 256;  
attr.mq_curmsgs = 0;  
mq = mq_open("/my_queue", O_CREAT | O_RDWR, 0644, &attr);  

// 发送消息  
char buffer[256] = "Hello, thread!";  
mq_send(mq, buffer, strlen(buffer), 0);  

// 接收消息  
char recv_buffer[256];  
mq_receive(mq, recv_buffer, 256, NULL);