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技术文档：C语言多线程编程与同步机制

news 2025/6/7 3:29:17

技术文档：C语言多线程编程与同步机制

1. 概述

本文档旨在介绍C语言中的多线程编程基础和同步机制，包括线程的创建、同步与互斥、条件变量等，以帮助开发人员更好地利用多核处理器和提高程序性能。

2. 多线程基础

2.1 创建线程

在C语言中，可以使用pthread_create函数创建新线程。

cCopy code

#include <pthread.h> int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void *), void *arg);

2.2 线程退出

线程可以通过pthread_exit函数退出。

cCopy code

#include <pthread.h> void pthread_exit(void *retval);

3. 同步与互斥

3.1 互斥锁

互斥锁用于保护临界区，防止多个线程同时访问共享资源。

cCopy code

#include <pthread.h> int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *attr); int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex); int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex); int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

3.2 条件变量

条件变量用于线程之间的通信，当某个条件不满足时，线程可以等待条件变量的发生。

cCopy code

#include <pthread.h> int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, const pthread_condattr_t *attr); int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex); int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond); int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond); int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

4. 实践示例

考虑一个简单的生产者-消费者问题，其中多个生产者线程和消费者线程共享一个缓冲区。

cCopy code

#include <stdio.h> #include <pthread.h> #define BUFFER_SIZE 10 int buffer[BUFFER_SIZE]; int count = 0; pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; pthread_cond_t not_empty = PTHREAD_COND_INITIALIZER; pthread_cond_t not_full = PTHREAD_COND_INITIALIZER; void* producer(void* arg) { while (1) { pthread_mutex_lock(&mutex); while (count == BUFFER_SIZE) { pthread_cond_wait(&not_full, &mutex); } buffer[count++] = rand() % 100; printf("Produced: %d\n", buffer[count - 1]); pthread_cond_signal(&not_empty); pthread_mutex_unlock(&mutex); } return NULL; } void* consumer(void* arg) { while (1) { pthread_mutex_lock(&mutex); while (count == 0) { pthread_cond_wait(&not_empty, &mutex); } printf("Consumed: %d\n", buffer[--count]); pthread_cond_signal(&not_full); pthread_mutex_unlock(&mutex); } return NULL; } int main() { pthread_t producer_thread, consumer_thread; pthread_create(&producer_thread, NULL, producer, NULL); pthread_create(&consumer_thread, NULL, consumer, NULL); pthread_join(producer_thread, NULL); pthread_join(consumer_thread, NULL); return 0; }