线程互斥及基于线程锁的抢票程序

我们实现一个简单的多线程抢票程序。 

#include<iostream>
#include<thread>
#include<unistd.h>
#include<functional>
#include<vector>
using namespace std;
template<class T>
using func_t=function<void(T)>;//返回值为void,参数为T
template<class T>
class Thread
{
    public:
    Thread(func_t<T> func,const string&name,T data)
    :_tid(0)
    ,_func(func)
    ,_threadname(name)
    ,isrunning(false)
    ,_data(data)
    {
    }
    static void*ThreadRoutine(void*args)
    {
        //(void)args;//仅仅是为了防止编译器有告警
        Thread*ts=static_cast<Thread*>(args);
        ts->_func(ts->_data);
        return nullptr;
    }
    bool Start()
    {
        int n=pthread_create(&_tid,nullptr,ThreadRoutine,this);
        if(n==0)
        {
        isrunning=true;
         return true;
        }
        return false;
    }
    bool Join()
    {
        if(!isrunning) return true;
        int n=pthread_join(_tid,nullptr);
        if(n==0)
        {
            isrunning=false;
            return true;
        }
        return false;

    }
    string GetThreadName()
    {
        return _threadname;
    }
    bool IsRunning()
    {
        return isrunning;
    }
    ~Thread()
    {}
    private:
    pthread_t _tid;
    string _threadname;
    bool isrunning;
    func_t<T> _func;
    T _data;
};

#include"test.hpp"
using namespace std;
string GetThreadName()
{
    static int number=1;
    char name[64];
    snprintf(name,sizeof name,"Thread - %d",number++);
    return name;
}
void print(int num)
{
    while(num--)
    {
    cout<<"hello world"<<num<<endl;
    sleep(1);
    }
}
int ticket=100;
void GetTicket(string name)
{
    while(true)
    {
        if(ticket>0)
        {
            usleep(1000);
            printf("%s get a ticket %d\n",name.c_str(),ticket--);
        }
        else
        break;
    }

}
int main()
{
    int num=5;
    //vector<Thread<int>> Threads;
    string name1=GetThreadName();
    string name2=GetThreadName();
    string name3=GetThreadName();
    string name4=GetThreadName();

    Thread<string> t1(GetTicket,name1,name1);
    Thread<string> t2(GetTicket,name2,name2);
    Thread<string> t3(GetTicket,name3,name3);
    Thread<string> t4(GetTicket,name4,name4);

    t1.Start();
    t2.Start();
    t3.Start();
    t4.Start();

    t1.Join();
    t2.Join();
    t3.Join();
    t4.Join();

    // while(num--)
    // {
    //     Threads.push_back(Thread<int>(print,GetThreadName(),10));
    // }
    // for(auto &t:Threads)
    // {
    //     cout<<t.GetThreadName()<<" is running? "<<t.IsRunning()<<endl;
    // }
    // for(auto&t:Threads)
    // {
    //     t.Start();
    // }
    // for(auto &t:Threads)
    // {
    //     cout<<t.GetThreadName()<<" is running? "<<t.IsRunning()<<endl;
    // }
    // for(auto &t:Threads)
    // {
    //     t.Join();
    // }
    // Thread t(print,GetThreadName());
    // cout<<"Is thread running?"<<t.IsRunning()<<endl;
    // t.Start();
    // cout<<"Is thread running?"<<t.IsRunning()<<endl;
    // t.Join();
    return 0;
}

神奇的事情发生了，我们明明添加了ticket大于0时才能抢票的限制条件，

为什么最后ticket会小于0呢？ 

判断ticket是否大于0也是访问公共资源，并不是原子的。

可能多个线程同时通过判断，但是在执行ticket–的时候又因时间片变成串行。

最终导致ticket小于0。

数据在内存中，本质是被线程共享的。

数据被读取到寄存器中，本质变成了线程的上下文，属于线程的私有数据。

我们把任何一个时刻，只允许一个线程访问的共享资源叫做临界资源。

进程中访问临界资源的代码就叫做临界区。

任何时刻，互斥保证只有一个执行流进入临界区，访问临界资源，通常对临界资源起保护作用。

原子性：不会被任何调度打断的操作，只有两态，完成或未完成。

我们认为，一条汇编语句就是原子的。

而像a++这样的C语言指令，实际上会被转化成三条汇编指令。

首先把a从内存拷贝到CPU的寄存器，字CPU中完成++操作，再返回内存，不是原子的。

为了不让上面的情况发生，需要加锁。 

 如图，加锁后，问题解决,不过速度变慢了。

申请锁本身是原子的，有宝马。这块的原理下一篇博客会介绍。

根据互斥的定义，任何一个时刻只允许一个线程申请锁成功，申请失败的进程在mutex阻塞，本质就是等待。

可能大家会认为，当线程进入锁，执行锁内代码，这是如果发生切换，还是会产生同样的错误。

其实这次不一样了，因为就算时间片到了，发生线程切换，被切换到的线程也没办法访问锁。

它在申请锁那里阻塞着呢。。。

这就保证了临界区的原子性。

就相当于上的线程的密码锁，专属的。