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1. 银行存款问题
来看一个银行存款问题，比如在银行里存了6000块钱，模拟同一时刻有2个人都去银行取钱，每个人每次只取1000块钱，我们来看一下这会发生什么情况。
#include#include #include #include #include int money = 6000; //银行存款（共享数据）//线程主控函数void *tfn(void *arg){ int num = (int)arg; //随机数 srand(time(NULL)); while(1){ if(money <= 0){ return (void *)0; } if(num == 0){ printf("pthread1 get money 1000\n"); /*模拟长时间操作共享资源，导致cpu易主，产生错误*/ sleep(rand()%3); money -= 1000; } if(num == 1){ printf("pthread2 get money 1000\n"); sleep(rand()%3); money -= 1000; } printf("money剩余：%d\n" , money); } return (void *)0;}int main(void){ pthread_t tid[2]; int ret; int i; //创建两个线程 for(i=0; i<2; ++i){ ret = pthread_create(&tid[i],NULL,tfn,(void *)i); if(ret != 0){ perror("pthread_create"); return -1; } } //回收线程 for(i = 0; i<2; ++i){ pthread_join(tid[i], NULL); } return 0;}
程序执行结果：
我们发现了一个很有意思的现象，银行总共存了6000块钱，这时有2个人去取钱，按理说这两个人加起来只能取到6000块，但是程序中的结果是2个人加起来取到了7000块钱。
分析出错原因：
存款是一个共享的数据，两个人都可以去银行取钱，比如A去银行取了1000块钱，对应的银行系统在存款中减去了1000， 这一操作是需要时间的 ，那我们来想象一下，如果过程中发生了一些特殊情况，比如银行系统突然响应很慢，还没来得及减去1000，这时B又来银行取钱了，然后B也取走了1000块钱，这时银行系统才在存款中减去了1000，显然系统中的数据是有问题的，银行不可能允许发生这种事情的，要不然就亏大了。 也就是说，当一个线程访问共享数据时，其他线程都有可能对共享数据进行操作，如果不对这种情况进行相应的处理，那么程序的执行结果将是不可预测的。
2. 线程同步
根据银行存款问题，出现数据混乱的原因主要有以下几个：
- 资源共享
- 线程调度随机
- 线程间缺乏必要的同步机制
以上这几点中前两点不能改变，为了避免数据混乱的问题，就只能从第三点着手解决，需要引入线程同步机制，那么什么是线程同步？
简单来说，当多个线程共享同一内存时，需要确保共享的数据同一时刻只能有一个线程访问，且当前线程会对共享数据加一把互斥锁，在当前访问期间，其他线程都不能对共享数据进行任何操作，只有当线程访问完毕解锁后，其他线程才有可能对共享数据进行操作，这一过程就是同步。
3. 多线程互斥
linux中的pthread库提供一把互斥锁mutex（也称之为互斥量），互斥锁是用加锁的方式来控制对共享资源的操作。这个互斥锁只有上锁和解锁两种状态，在同一时刻只能有一个线程掌握互斥锁，也只能拥有锁的线程才能对共享资源进行操作。
如果其他线程希望对一个已经被上锁的互斥锁进行上锁的话，则该线程会挂起阻塞，直到上锁的线程释放掉互斥锁为止。资源还是共享的，线程间也还是竞争的，但互斥锁保证让每个线程对共享资源进行原子操作。通过这种方式就不会出现银行存款的问题了。
4. 互斥量操作函数
多线程互斥函数主要有以下几个函数:
pthread_mutex_init函数pthread_mutex_destroy函数pthread_mutex_lock函数pthread_mutex_trylock函数pthread_mutex_unlock函数
4.1 pthread_mutex_init函数
以pthread_mutex_init函数为例，pthread_mutex_init函数的作用是初始化一把互斥锁。
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);
返回值：成功返回0，失败返回错误
参数说明：
参数mutex：表示初始化一个互斥量restrict关键字是c99引入的，是C语言中一种类型限定符，只用于限制指针，告诉编译器，只有mutex指针指向这块内存，只能通过mutex指针修改这块内存。restrict在pthread_mutex_init函数中修饰mutex的作用是：限制mutex，想要修改mutex指向内存中的内容只能通过mutex修改。
参数attr：表示设置互斥量的属性，就是设置创建哪一种互斥锁。是一个传入参数，通常传NULL，选用默认的互斥锁(线程间共享)，在使用互斥量之前，必须对它进行初始化，初始化方式有静态初始化或动态初始化。
//销毁一个互斥锁int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);//对一个互斥锁进行加锁操作//解锁操作int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
4.2 lock函数和unlock函数
pthread_mutex_lock函数是用于加锁操作，每个线程在对资源操作前都尝试先加锁，成功加锁才能操作。
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
解锁同理，跟加锁反过来理解，pthread_mutex_unlock函数在解锁的同时还会将阻塞在该锁上的所有线程全部唤醒
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
返回值：成功返回0，失败返回非0
我们看到不管是lock函数还是unlock函数，它们的参数都是pthread_mutex_t 类型，实际上pthread_mutex_t 是互斥量的数据类型，通常是一个结构体，用于定义一个互斥量mutex。为了方便理解，应用时可忽略其实现细节，简单把互斥量当成整数看待，可以认为在调用pthread_mutex_init初始化互斥量mutex时，mutex初值为1，加锁操作为mutex–（mutex值为0），解锁操作为mutex++。
加锁与解锁：加锁和解锁之间的区域我们也叫临界区（共享资源），线程想要操作这块临界区必须先加锁再操作，操作完毕再解锁。unlock主动解锁的同时还会将阻塞在该锁上的所有线程全部唤醒，至于哪个线程先被唤醒这取决于操作系统。
5. 使用互斥量解决银行存款问题
#include#include #include #include #include //定义互斥量pthread_mutex_t mutex;//共享数据//这次我们在银行里存了一万int money = 10000; //线程主控函数void *tfn(void *arg){ int num = (int)arg; //随机数 srand(time(NULL)); while(1){ //加锁 pthread_mutex_lock(&mutex); //mutex-- if(money <= 0){ //注意：线程进来的时候加锁了，这里要解锁 pthread_mutex_unlock(&mutex); //mutex++ return (void *)0; } //线程1 if(num == 0){ printf("pthread1 get money 1000\n"); /*模拟长时间操作共享资源，导致cpu易主，产生与时间有关的错误*/ sleep(rand()%3); money -= 1000; } //线程2 if(num == 1){ printf("pthread2 get money 1000\n"); sleep(rand()%3); money -= 1000; } printf("money剩余：%d\n" , money); //解锁 pthread_mutex_unlock(&mutex); //mutex++ //让其他线程有时间抢到cpu执行权 sleep(rand()%3); } return (void *)0;}int main(void){ pthread_t tid[2]; int ret; int i; //初始化mutex pthread_mutex_init(&mutex , NULL); //创建两个线程 for(i=0; i<2; ++i){ ret = pthread_create(&tid[i],NULL,tfn,(void *)i); if(ret != 0){ perror("pthread_create"); return -1; } } //回收线程 for(i = 0; i<2; ++i){ pthread_join(tid[i], NULL); } //销毁互斥锁 pthread_mutex_destroy(&mutex); return 0;}
程序执行结果：
为了能更加明显看到效果，这次我们在银行里存了1万，并使用互斥量进行同步，最后程序执行的结果正常，两人加起来只能取到1万块钱，说明互斥量保证了同一时刻只能有一个人能取钱成功。
6. pthread_mutex_trylock函数
顾名思义，就是尝试加锁，加锁失败不会阻塞，而是直接返回出错信息EBUSY。
如果互斥量正处于未加锁状态，那么调用pthread_mutex_trylock尝试对互斥量加锁会成功，否则，调用pthread_mutex_trylock加锁失败，不会阻塞，返回EBUSY错误信息。
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
7. lock，trylock，unlock
- lock尝试加锁，如果加锁不成功则线程阻塞
- trylock加锁失败不会阻塞，直接返回错误，如EBUSY
- unlock主动解锁的同时还会将阻塞在该锁上的所有线程全部唤醒
8. 线程同步总结
一般来说，同步是不考虑线程的互斥，只强调线程的执行顺序约束。比如在访问数据时，保证线程的执行顺序，即线程1先运行，然后线程2再运行。并不需要考虑线程互斥，即线程1还没访问完数据，紧接着线程2又来访问数据了。
但实际上，同步是建立在线程互斥的基础上，还保证了线程的执行顺序，强调线程的执行顺序和线程互斥。比如在访问数据时，保证线程互斥，即线程1在访问数据时，然后线程2阻塞等待线程1访问完毕。同时还需要保证线程执行顺序，即线程1先运行，然后线程2再运行。