线程间的通信与同步

一.线程间的通信

    由于同一个进程内的多个线程共享该进程的资源,因此,对于多线程而言,一般的通信方式即为使用全局变量进行,因此,对于多线程之间的通信,主要解决的问题即为多个线程同时对于共享区域进行读写时出现的同步问题。多线程通信主要解决的即为线程间同步问题。
    

二.线程间的同步

    线程间的同步主要可以使用下面几种方式:1.互斥量(mutex);2.读写锁(ReadWriteLock);3.信号量(Semaphore).

2.1 互斥量(mutex)

    互斥量是一个可以处于两态之一的变量:解锁和加锁。对于一个互斥量进行加锁,如果该互斥量本来就是解锁(unlock)状态,那么当前线程就立即占有并锁定(lock)它;否则,当前线程就会被阻塞,直到掌握这个互斥量的线程对它进行解锁为止。
    优点:使用互斥量可以使得一个变量或者一段代码某一个时刻,只有一个线程读取或修改它。
    缺点:每次只能有一个线程可以访问同一个变量。在程序中,可能会有许多线程同时尝试访问读取某一个变量,但是并不修改该变量,此时,互斥量可能就会成为一个严重的性能瓶颈。  


2.2 读写锁(ReadWriteLock)

    读写锁实际是一种特殊的自旋锁,它把对共享资源的访问者划分成读者和写者,读者只对共享资源进行读访问,写者则需要对共享资源进行写操作。这种锁相对于自旋锁而言,能提高并发性,因为在多处理器系统中,它允许同时有多个读者来访问共享资源,最大可能的读者数为实际的逻辑CPU数。写者是排他性的,一个读写锁同时只能有一个写者或多个读者(与CPU数相关),但不能同时既有读者又有写者。
    如果读写锁当前没有读者,也没有写者,那么写者可以立刻获得读写锁,否则它必须自旋在那里,直到没有任何写者或读者。如果读写锁没有写者,那么读者可以立即获得该读写锁,否则读者必须自旋在那里,直到写者释放该读写锁。
    特点:一次只有一个线程可以占有写模式的读写锁, 但是可以有多个线程同时占有读模式的读写锁. 正是因为这个特性,当读写锁是写加锁状态时, 在这个锁被解锁之前, 所有试图对这个锁加锁的线程都会被阻塞。当读写锁在读加锁状态时, 所有试图以读模式对它进行加锁的线程都可以得到访问权, 但是如果线程希望以写模式对此锁进行加锁, 它必须直到所有的线程释放锁。通常, 当读写锁处于读模式锁住状态时, 如果有另外线程试图以写模式加锁, 读写锁通常会阻塞随后的读模式锁请求, 这样可以避免读模式锁长期占用, 而等待的写模式锁请求长期阻塞。
    读写锁适合于对数据结构的读次数比写次数多得多的情况. 因为, 读模式锁定时可以共享, 以写模式锁住时意味着独占, 所以读写锁又叫共享-独占锁。


2.3 信号量(Semaphore)

    信号量(Semaphore)是互斥量的一种泛化表示形式,但与读写锁不同,信号量可以用于保护一定数量的相同资源。每一个线程都可以获得信号量,如果信号量为正数时,对信号量进行减1,然后该线程就可以对资源进行访问;否则,该线程就堵塞,直到该信号量为正数为止;线程释放信号量时,信号量会进行加1操作。




参考文献

现代操作系统,第三版
C++ GUI Qt4 编程, 第二版

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