C语言线程同步[编辑 | 编辑源代码]

介绍[编辑 | 编辑源代码]

线程同步是多线程编程中的核心概念，指通过协调多个线程的执行顺序，确保它们以可预测的方式访问共享资源，从而避免竞态条件（Race Condition）和数据不一致问题。在C语言中，线程同步通常通过互斥锁（Mutex）、条件变量（Condition Variables）、信号量（Semaphores）等机制实现。

当多个线程同时访问共享数据（如全局变量或堆内存）时，如果没有同步机制，可能导致数据损坏或逻辑错误。例如：

线程A读取变量`x=10`后，线程B也读取`x=10`并修改为`x=20`，但线程A仍基于旧值`10`进行计算。

同步机制[编辑 | 编辑源代码]

互斥锁（Mutex）[编辑 | 编辑源代码]

互斥锁是最基础的同步工具，保证同一时间只有一个线程能访问临界区（Critical Section）。

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
int shared_data = 0;

void* increment(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex); // 加锁
    shared_data++;
    printf("Thread %ld: shared_data = %d\n", (long)arg, shared_data);
    pthread_mutex_unlock(&mutex); // 解锁
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t t1, t2;
    pthread_create(&t1, NULL, increment, (void*)1);
    pthread_create(&t2, NULL, increment, (void*)2);
    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);
    printf("Final shared_data: %d\n", shared_data);
    return 0;
}

输出示例：

Thread 1: shared_data = 1
Thread 2: shared_data = 2
Final shared_data: 2

条件变量（Condition Variables）[编辑 | 编辑源代码]

条件变量用于线程间的通知机制，常与互斥锁配合使用。典型场景是生产者-消费者模型。

#include <pthread.h>

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
int data_ready = 0;

void* consumer(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    while (!data_ready) {
        pthread_cond_wait(&cond, &mutex); // 等待条件满足
    }
    printf("Consumed data\n");
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return NULL;
}

void* producer(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    data_ready = 1;
    pthread_cond_signal(&cond); // 通知消费者
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return NULL;
}

信号量（Semaphores）[编辑 | 编辑源代码]

信号量用于控制对多个资源的访问，通过计数器实现。

#include <semaphore.h>

sem_t semaphore;
void* task(void* arg) {
    sem_wait(&semaphore); // 信号量减1
    printf("Thread %ld entered critical section\n", (long)arg);
    sem_post(&semaphore); // 信号量加1
    return NULL;
}