C 线程同步与锁机制详解
在多线程编程中，线程同步与锁机制是确保数据一致性和程序正确性的关键。C 提供了丰富的线程同步工具，包括互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）、读写锁（ReaderWriterLock）等。本文将围绕 C 语言中的线程同步与锁机制进行深入探讨。
随着计算机硬件的发展，多核处理器越来越普及，多线程编程成为提高程序性能的重要手段。多线程编程也带来了线程同步和数据一致性的问题。为了保证程序的正确性和效率，我们需要合理地使用线程同步与锁机制。
线程同步概述
线程同步是指多个线程在执行过程中，按照一定的顺序执行，以避免出现数据竞争和资源冲突。在 C 中，线程同步可以通过以下几种方式实现：
1. 互斥锁（Mutex）
2. 信号量（Semaphore）
3. 读写锁（ReaderWriterLock）
4. Monitor
5. SemaphoreSlim
互斥锁（Mutex）
互斥锁是一种最基本的线程同步机制，用于确保同一时间只有一个线程可以访问共享资源。在 C 中，可以使用 `Mutex` 类来实现互斥锁。
csharp
using System;
using System.Threading;
class Program
{
static Mutex mutex = new Mutex();
static void Main()
{
Thread t1 = new Thread(DoWork);
Thread t2 = new Thread(DoWork);
t1.Start();
t2.Start();
t1.Join();
t2.Join();
}
static void DoWork()
{
mutex.WaitOne();
Console.WriteLine("线程 {0} 正在执行...", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Thread.Sleep(1000);
Console.WriteLine("线程 {0} 执行完毕", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
mutex.ReleaseMutex();
}
}
在上面的代码中，我们创建了一个 `Mutex` 对象，并在 `DoWork` 方法中使用 `WaitOne` 和 `ReleaseMutex` 方法来确保同一时间只有一个线程可以执行该方法。
信号量（Semaphore）
信号量是一种更高级的线程同步机制，它可以允许多个线程同时访问共享资源，但总数不超过指定的数量。在 C 中，可以使用 `Semaphore` 类来实现信号量。
csharp
using System;
using System.Threading;
class Program
{
static Semaphore semaphore = new Semaphore(2, 2);
static void Main()
{
Thread t1 = new Thread(DoWork);
Thread t2 = new Thread(DoWork);
Thread t3 = new Thread(DoWork);
t1.Start();
t2.Start();
t3.Start();
t1.Join();
t2.Join();
t3.Join();
}
static void DoWork()
{
semaphore.WaitOne();
Console.WriteLine("线程 {0} 正在执行...", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Thread.Sleep(1000);
Console.WriteLine("线程 {0} 执行完毕", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
semaphore.Release();
}
}
在上面的代码中，我们创建了一个 `Semaphore` 对象，其初始信号量为 2，最大信号量也为 2。这意味着同一时间最多有两个线程可以执行 `DoWork` 方法。
读写锁（ReaderWriterLock）
读写锁允许多个线程同时读取共享资源，但写入操作需要独占访问。在 C 中，可以使用 `ReaderWriterLock` 类来实现读写锁。
csharp
using System;
using System.Threading;
class Program
{
static ReaderWriterLock rwLock = new ReaderWriterLock();
static void Main()
{
Thread t1 = new Thread(ReadData);
Thread t2 = new Thread(ReadData);
Thread t3 = new Thread(WriteData);
t1.Start();
t2.Start();
t3.Start();
t1.Join();
t2.Join();
t3.Join();
}
static void ReadData()
{
rwLock.AcquireReaderLock(1000);
Console.WriteLine("线程 {0} 正在读取数据...", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Thread.Sleep(1000);
Console.WriteLine("线程 {0} 读取完毕", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
rwLock.ReleaseReaderLock();
}
static void WriteData()
{
rwLock.AcquireWriterLock(1000);
Console.WriteLine("线程 {0} 正在写入数据...", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
Thread.Sleep(1000);
Console.WriteLine("线程 {0} 写入完毕", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
rwLock.ReleaseWriterLock();
}
}
在上面的代码中，我们创建了一个 `ReaderWriterLock` 对象，并分别使用 `AcquireReaderLock` 和 `AcquireWriterLock` 方法来获取读锁和写锁。
总结
本文介绍了 C 语言中的线程同步与锁机制，包括互斥锁、信号量、读写锁等。通过合理地使用这些机制，我们可以确保程序的正确性和效率。在实际开发中，应根据具体需求选择合适的线程同步机制，以达到最佳的性能和可靠性。
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