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引言
一、多线程设计
多线程模拟抢票
二、互斥锁
互斥量的接口
修改抢票代码
锁的原理
锁的封装：RAII
引言
随着信息技术的飞速发展，计算机软件正变得越来越复杂，对性能和响应速度的要求也日益提高。在这样的背景下，多线程编程作为一种提高程序执行效率和资源利用率的技术，已经成为了现代软件开发中的重要组成部分。然而，多线程技术在带来性能提升的同时，也引入了一系列复杂的问题，如资源共享、数据一致性和线程间的协调。为了确保多线程环境下的程序正确性和稳定性，线程同步与线程互斥成为了我们必须深入探讨的关键领域。上文讲解了用户级线程（linux是用户级线程，win是内核级线程）本文将引导读者了解多线程编程的基本概念，探讨线程同步与线程互斥的重要性，并分析如何在多线程应用程序中有效地管理和控制线程行为。
一、多线程设计
#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <vector>
#include <string>using namespace std;class threadData
{
public:threadData(const string& name) :_threadname(name){}public:string _threadname;
};void* threadRountine(void* arg)
{pthread_detach(pthread_self()); //detach thread from main thread,但是不能保证主线程最后退出！threadData* td = static_cast<threadData*>(arg);int i = 0;while (i < 5){cout << td->_threadname << " ,test_i = " << i << ", &test_i = " << (&i)<< endl;i++; sleep(1);}delete td;return nullptr;
}int main()
{vector<pthread_t> tids;for (int i = 0; i < 5; i++){pthread_t tid;threadData* td = new threadData("Thread" + to_string(i));pthread_create(&tid, nullptr, threadRountine, td);tids.push_back(tid);sleep(1);}return 0;
}可以观察到，栈内的数据是线程独享的。每个线程都有自己独立的栈结构.地址不同，变量的数值也不同，同时哪个线程先执行也是未知的。
需要注意的是，我们观察到有的线程并没有跑完5个完整的循环，这是因为：pthread_detach函数不能保证主线程最后退出，但是pthread_join函数能保证主线程最后退出，如果主线程退出，那么进程就会退出。
其实在线程当中没有秘密（都在一个地址空间）。我们可以定义一个全局的变量，让线程中使用这个变量，并实例化这个变量，我们就可以在主线程、其他线程获得这个数据。
虽然可以，但是线程独立栈上的数据不要透露出去！-----保证独立，但不能保证私有！
即，如何让一个全局变量拥有线程私有的数值呢？----线程的局部存储技术
__thread：这是编译器支持的编译选项。只能定义内置类型，禁止自定义
发现地址并不一致。因此对g_val ++ 的时候，g_val属于线程私有。而且之前的地址很小，在全局区。现在的地址很大，就像是在堆栈一样大。
主函数：已初始化全局区 线程函数：共享区
用途：减少相似代码的多次编写
多线程模拟抢票
#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <vector>
#include <string>using namespace std;int tickets = 100;class threadData
{
public:threadData(int number) :_threadname("Thread" + to_string(number)){}public:string _threadname;
};void* GetTickets(void* arg)
{threadData* td = static_cast<threadData*>(arg);while (true){if (tickets > 0){usleep(10000); cout << td->_threadname << " got a ticket : " << tickets << endl; tickets--;}elsebreak;}cout << td->_threadname << " : quit" << endl;return nullptr;
}int main()
{vector<pthread_t> tids;vector<threadData*> tds;for (int i = 0; i < 5; i++){pthread_t tid;threadData* td = new threadData(i);tds.push_back(td);pthread_create(&tid, nullptr, GetTickets, td);tids.push_back(tid);}for (int i = 0; i < tids.size(); i++){pthread_join(tids[i], nullptr); //原型：int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);delete tds[i];} return 0;
}我们设置了100张tickets，让5个线程去抢票。
发现抢票的逻辑出错了。
原因：
1.显示器是一个共享资源，没有得到保护，各个线程抢占显示器资源，导致打印出错。
2.tickets是一个共享资源，多个线程并发访问的时候，会导致临界资源收不到保护。作为临界资源，必须保证一次只能被一个执行流进入访问。并发访问是指多个执行单元（如线程、进程或任务）在同一时间段内试图同时访问共享资源（如内存、文件、数据库等）的情况
--操作需要三部才能完成
--操作不是原子的，不是安全的
二、互斥锁
互斥量的接口
pthread_mutex_t这是库给我们提供的一种数据类型
可以定义成全局，用这个宏初始化
定义成全局之后，不需要destroy销毁
不是全局，就需要借助函数初始化和销毁
初始化函数的第二个参数是属性相关，可以不用管，设置为nullptr
并发访问需要保证所有线程申请的是同一把锁。
加锁和解锁之间的区域，就可以保证数据是安全的访问的
为了让tickets数据是安全的，在访问tickets数据的阶段就需要加锁。
我们成功加锁之后，这个tickets全局变量就变成了临界资源。
在我们的代码中，只有一小部分在访问临界资源，这一部分叫做临界区
互斥：在任何时刻，只让一个执行流去访问临界资源。
锁：拒绝并发，串行执行，保护数据的安全。
锁之间的代码是原子性的
/*
并发（Concurrency）
并发是指系统能够处理多个任务同时存在的能力。在并发的情况下，任务可以交替进行，即一个任务开始执行，在它执行的过程中，可以暂停并让另一个任务执行，然后第一个任务可以在适当的时候恢复执行。并发强调的是任务管理的灵活性，而不是速度。
并发的一些关键点包括：
时间共享：多个任务共享同一个处理器的执行时间。
上下文切换：操作系统可以在任务之间快速切换，某个时间段同时处理多个任务。
协调：并发系统需要处理任务之间的资源共享和通信问题。
并行（Parallelism）
并行是指同时执行多个任务的能力。并行执行通常需要多个处理器或多核处理器，这样每个处理器可以同时处理一个任务或任务的一部分（多个cpu，可以一次从执行队列调出多个线程去执行）。
并行的一些关键点包括：
同时性：多个任务或多个部分同时在不同的处理器上执行。
硬件依赖：并行执行通常需要特定的硬件支持，如多核CPU或分布式系统。
*/
修改抢票代码
增加上锁保护机制。
class threadData
{
public:threadData(int number, pthread_mutex_t* mutex) :_threadname("Thread" + to_string(number)),_mutex(mutex){}public:string _threadname;pthread_mutex_t* _mutex;
};
需要在任何形式的访问共享资源前加锁。抢完一次票需要解锁。
解锁需要在break之前，防止break之后直接跳出循环，这样最后一次循环中申请的锁就无法解锁。
现象
发现票都被两个线程抢完了，虽然不会出现tickets出错，但是出现了逻辑出错。
为什么不把锁放在while外部呢？---当然不可以
逻辑上：1.不可以把票一次性--完 2.增加了执行负担，降低并发效率
执行临界区的代码需要先申请锁，这个锁只有一把（所有线程只能看到同一把锁）。
申请锁成功才能去执行临界资源，否则执行流会在锁处阻塞。
申请锁失败：1.正常申请失败 2.锁被其他人拿走……这个时候线程会等待锁资源。
虽然票不是负数，但是被一个线程抢完了。
加上休眠时间
只要不访问临界区了，就可以解锁。
这样就可以保证规则地去抢锁。
/*
锁与时间片：当一个线程获得锁并开始执行被加锁的代码块时，它可能会占用一个或多个时间片。如果在执行过程中时间片用尽，操作系统可能会进行线程调度，将该线程挂起，并将CPU时间分配给其他线程。但是，即使发生线程切换，持有锁的线程在释放锁之前，其他线程是无法进入该锁保护的代码块的。
也就说，就算锁资源在执行的过程中因为时间消耗完毕而被切换，那么其他执行流在执行的时候（线程是被执行调度的基本单位），也禁止访问“被锁住”的资源，从而保证资源的安全性，从而在现象上达成了原子性的现象
*/
全局锁：不需要初始化与销毁
（用全局的宏初始化）内部加锁就直接用全局的锁就可以。
即：省去了init与destory函数
但是还是得手动lock与unlock。
这个时候就不需要类内封装锁，使用全局的锁就可以
pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
之前代码的错误：
锁被释放之后，那么在循环又接着去申请锁，导致不断地申请释放锁，从而导致资源一直被锁在一个执行流（线程）之中。
大白话就是：你这个线程离这个锁更近，每个线程竞争锁的能力是不同的。
当修改之后，这个进程在休眠期间，其他进程就有机会去竞争锁资源。
我们对于锁的申请是允许并发（一段时间内，各个执行流都有机会被执行）的，只不过上锁（lock）这句代码是原子的。
条件变量：线程同步解决饥饿问题
锁的原理
锁也是共享的。我们对于锁的申请是允许并发（一段时间内，各个执行流都有机会被执行）的，只不过上锁（lock）这句代码是原子的。
但是
该部分将着重解决两个问题，第一个问题就是锁的原理问题。
问题2
答案是可以切换的
这是锁通过对线程的控制完成的。
问题一解答：锁的原理
唤醒其他线程，让锁的内容从0变1（上锁经历了xchg之后，锁的内容为0），这样就恢复到了锁初始化的状态，让其他线程有能力申请锁。
锁的封装：RAII
#pragma once#include <pthread.h>class Mutex
{
public:Mutex(pthread_mutex_t* lock): _lock(lock){}void Lock(){pthread_mutex_lock(_lock);}void Unlock(){pthread_mutex_unlock(_lock);}~Mutex(){}private:pthread_mutex_t* _lock;
};class LockGuard // RAII class for locking and unlocking a mutex---需要传入指针
{
public:LockGuard(pthread_mutex_t* mutex): _mutex(mutex){_mutex.Lock();}~LockGuard(){_mutex.Unlock();}private:Mutex _mutex;
};在使用的时候，我们应该在外面建立一个锁的指针，就像是智能指针一样。
注意：
1，限定作用域，出了作用域之后，这个临时对象会自动调用析构去解锁
2，业务的处理时间不应该在if内，不应该在加锁内部。
发现正确抢完了票。
由于打印在锁的内部，所以显示器资源也被保护了。
