POSIX 线程库中线程安全和线程同步的函数

以下是POSIX 线程库（pthreads）中常用的几类线程安全相关函数，包括互斥锁、条件变量、读写锁和线程安全属性等。

1. 互斥锁 (Mutex)

互斥锁用于在多个线程之间实现互斥访问共享资源。互斥锁的基本操作包括初始化、加锁、解锁和销毁。

pthread_mutex_init: 初始化互斥锁。
```
1int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *attr);
```
- mutex: 指向要初始化的互斥锁。
- attr: 互斥锁的属性，可以为 NULL 表示默认属性。
- 返回值: 成功返回 0，失败返回错误码。
pthread_mutex_lock: 加锁操作，使调用线程获得互斥锁。如果锁已经被其他线程持有，则调用线程会阻塞，直到锁可用。
```
1int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
```
- mutex: 指向要锁住的互斥锁。
- 返回值: 成功返回 0，失败返回错误码。
pthread_mutex_trylock: 尝试加锁。如果锁不可用（已被其他线程持有），不会阻塞调用线程，而是立即返回。
```
1int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
```
- 返回值: 成功返回 0，如果锁不可用返回 EBUSY。
pthread_mutex_unlock: 解锁操作，释放调用线程持有的互斥锁。
```
1int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
```
- 返回值: 成功返回 0，失败返回错误码。
pthread_mutex_destroy: 销毁互斥锁，释放其资源。
```
1int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
```
- 返回值: 成功返回 0，失败返回错误码。

2. 条件变量 (Condition Variable)

条件变量允许线程阻塞，等待某个条件的发生。

pthread_cond_init: 用于初始化一个条件变量。
```
1int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, const pthread_condattr_t *attr);
```
- cond: 要初始化的条件变量的指针。
- attr: 条件变量的属性，可以为 NULL 表示使用默认属性。
- 返回值: 成功返回 0，失败返回错误码。
pthread_cond_wait: 使调用线程阻塞，等待特定条件的发生。当线程调用此函数时，它会自动释放与之关联的互斥锁，并将线程置于等待条件变量的状态。此函数返回时，调用线程将重新获得互斥锁。
```
1int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);
```
- cond: 条件变量指针。
- mutex: 指向互斥锁的指针，该锁必须在调用 pthread_cond_wait 之前被锁住。
- 返回值: 成功返回 0，失败返回错误码。
pthread_cond_signal: 唤醒等待条件变量的一个线程。
```
1int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
```
- cond: 条件变量指针。
- 返回值: 成功返回 0，失败返回错误码。
pthread_cond_broadcast: 唤醒等待条件变量的所有线程。
```
1int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
```
- cond: 条件变量指针。
- 返回值: 成功返回 0，失败返回错误码。
pthread_cond_destroy: 销毁条件变量，释放其资源。
```
1int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
```
- cond: 条件变量指针。
- 返回值: 成功返回 0，失败返回错误码。

3. 读写锁 (Read-Write Lock)

读写锁允许多个线程同时读取共享数据，但写操作需要独占锁。适用于读多写少的场景。

pthread_rwlock_init: 初始化读写锁。
```
1int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *rwlock, const pthread_rwlockattr_t *attr);
```
- rwlock: 读写锁指针。
- attr: 读写锁属性，可以为 NULL 表示默认属性。
- 返回值: 成功返回 0，失败返回错误码。
pthread_rwlock_rdlock: 获取读锁。如果写锁已经被占用，调用线程将被阻塞。
```
1int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
```
- 返回值: 成功返回 0，失败返回错误码。
pthread_rwlock_wrlock: 获取写锁。如果读锁或写锁已经被占用，调用线程将被阻塞。
```
1int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
```
- 返回值: 成功返回 0，失败返回错误码。
pthread_rwlock_unlock: 释放读锁或写锁。
```
1int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
```
- 返回值: 成功返回 0，失败返回错误码。
pthread_rwlock_destroy: 销毁读写锁，释放其资源。
```
1int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);
```
- 返回值: 成功返回 0，失败返回错误码。

4. 信号量 (Semaphore)

信号量提供一种计数机制，用于控制多线程对共享资源的访问。

sem_init: 初始化一个信号量。
```
1int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
```
- sem: 信号量指针。
- pshared: 如果为 0，表示信号量用于当前进程的线程间通信；如果为非零，表示用于进程间通信。
- value: 信号量的初始值。
- 返回值: 成功返回 0，失败返回 -1。
sem_wait: 减少信号量的值。如果信号量的值为 0，调用线程将被阻塞，直到信号量的值大于 0。
```
1int sem_wait(sem_t *sem);
```
- 返回值: 成功返回 0，失败返回 -1。
sem_post: 增加信号量的值。如果有线程在等待信号量，它将被唤醒。
```
1int sem_post(sem_t *sem);
```
- 返回值: 成功返回 0，失败返回 -1。
sem_destroy: 销毁信号量，释放其资源。
```
1int sem_destroy(sem_t *sem);
```
- 返回值: 成功返回 0，失败返回 -1。

5. 屏障 (Barrier)

屏障用于使一组线程在到达同步点前保持阻塞，直到所有线程都到达这个点。

pthread_barrier_init: 初始化一个屏障对象。
```
1int pthread_barrier_init(pthread_barrier_t *barrier, const pthread_barrierattr_t *attr, unsigned int count);
```
- barrier: 屏障对象指针。
- attr: 屏障属性，可以为 NULL。
- count: 要同步的线程数量。
- 返回值: 成功返回 0，失败返回错误码。
pthread_barrier_wait: 使调用线程在屏障上等待，直到指定数量的线程都调用了该函数。
```
1int pthread_barrier_wait(pthread_barrier_t *barrier);
```
- 返回值: 所有线程都到达时返回 PTHREAD_BARRIER_SERIAL_THREAD，否则返回 0。
pthread_barrier_destroy: 销毁屏障对象。
```
1int pthread_barrier_destroy(pthread_barrier_t *barrier);
```
- 返回值: 成功返回 0，失败返回错误码。

6. 自旋锁 (Spinlock)

自旋锁是另一种类型的锁，适用于持锁时间很短的情况。与互斥锁不同，自旋锁不会引起调用线程休眠，而是不断“自旋”，直到锁可用。

pthread_spin_init: 初始化自旋锁。
```
1int pthread_spin_init(pthread_spinlock_t *lock, int pshared);
```
- lock: 自旋锁指针。
- pshared: 共享标志（0表示仅用于同一进程中的线程）。
- 返回值: 成功返回 0，失败返回错误码。
pthread_spin_lock: 获取自旋锁。如果锁不可用，调用线程会忙等待。
```
1int pthread_spin_lock(pthread_spinlock_t *lock);
```
- 返回值: 成功返回 0，失败返回错误码。
pthread_spin_unlock: 释放自旋锁。
```
1int pthread_spin_unlock(pthread_spinlock_t *lock);
```
- 返回值: 成功返回 0，失败返回错误码。
pthread_spin_destroy: 销毁自旋锁，释放其资源。
```
1int pthread_spin_destroy(pthread_spinlock_t *lock);
```
- 返回值: 成功返回 0，失败返回错误码。

最后修改于 2024-09-11 18:57