什么是线程间的同步：
对于可以处理同一公共资源的线程来说他们必须是互斥的，这样才能保证数据的正确性。可是就这一种关系仍然不能处理好这些线程之间的问题。
比如，两个线程可以访问同一块缓冲区，线程1可以往里面写数据，线程2可以从中读数据，要是数据远远大于缓冲区的大小时，这时当线程1写满缓冲区时，就不能在写入了，必须等到线程2去读掉缓冲区的数据之后才能在写入。所以最好的做法就是在线程1写满时，去通知线程2要去读缓冲区的数据了，这就是线程之间的同步。
可以发现，线程间同步的基础是线程之间是互斥的，要是线程之间没有互斥关系也就谈不上同步了。
要了解现线程之间的同步关系，我们以简单的生产者消费者模型进行讨论。
对生产者和消费者的关系进行分析：
生产者与生产者：互斥关系，同时只有一个生产者可以生产数据，不然会发生数据的异常。
生产者与消费者：互斥与同步关系，生产者生产时消费者不能去读取数据，不然会发生数据异常；当生产者将缓冲区生产满时或者其他条件必须让消费者读取时，需要通知消费者去读取数据。
消费者与消费者：互斥关系，对于一个数据，只能被一个消费者所读取。
在此我们以一个生产者与一个消费者为例。
同步机制的实现条件：
①互斥是同步的基础，所以要实现同步必须先实现线程间的互斥。
②引入条件变量，条件变量是一种数据，用来描述资源就绪与否的状态，它与互斥机制结合使用就可实现同步机制。
条件变量的操作：
①条件变量的初始化：
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr);
参数描述：
cond：要初始化的条件变量，是一个pthread_cond_t类型的变量。
attr：条件变量的状态，初始化时默认为NULL
返回值：
成功返回0，失败返回错误码
②条件变量的销毁
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
参数描述
cond：要销毁的条件变量。
返回值：
成功返回0，失败返回错误码。
③条件变量的等待
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex)；
函数说明：在条件不满足时会被挂起到等待队列，此时线程会释放掉锁资源，在线程被唤醒退出等待队列时，会重新获得锁资源。
参数描述：
cond：条件变量
mutex：互斥锁
④条件变量的唤醒
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
函数说明：在一个线程需要唤醒另一个等待的线程时使用，cond是这两个线程共同使用的条件变量。
参数说明：
cond：标识那个条件变量
返回值：
成功返回0，失败返回错误码。
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
函数说明：与上面的函数类似，不过上面的是激活一个线程，这个是激活所有等待的线程
【生产者与消费者模型】
缓冲区是一个单链表，生产者生成结点插入到单链表的头部，消费者从单链表的头部拿到结点。规定生产者每次生产一个结点消费者就去拿到这个结点。
分析：
①在单链表为空时，消费者不能去拿结点，需要等待生产者生产结点。
②在生产者生产时，消费者不能去拿结点。
③当生产者生产完成一个结点后需要告诉消费者可以拿结点了，这就需要使用条件变量。
④消费者拿结点时，生产者不能生产结点。这就需要互斥锁用来实现它们之间的互斥。
代码实现：
#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
#include<stdlib.h>
typedef struct Node{
int value;
struct Node* next;
}Node;
Node* alloc(int value)
{
Node* pTmp = (Node*) malloc(sizeof(Node));
pTmp->value = value;
pTmp->next = NULL;
return pTmp;
}
void Free(Node* pTmp)
{
if(pTmp)
free(pTmp);
pTmp = NULL;
}
void InitList(Node** pHead)
{
*pHead = (Node*) malloc(sizeof(Node));
(*pHead)->next = NULL;
}
void PushFront(Node* pHead, int value)
{
Node* pTmp = alloc(value);
pTmp->next = pHead->next;
pHead->next = pTmp;
}
void PopFront(Node* pHead)
{
Node* pTmp = pHead->next;
if(pTmp)
{
pHead->next = pTmp->next;
Free(pTmp);
}
}
void DestroyList(Node** pHead)
{
while((*pHead)->next)
{
PopFront(*pHead);
}
Free(*pHead);
}
void PrintList(Node* pHead)
{
while(pHead->next)
{
printf("%d ", pHead->next->value);
pHead = pHead->next;
}
printf("\n");
}
int isEmpty(Node* pHead)
{
if(pHead->next)
return 0;
return 1;
}
int SizeList(Node* pHead)
{
int count = 0;
pHead = pHead->next;
while(pHead)
{
count++;
pHead = pHead->next;
}
return count;
}
//创建链表
Node* pHead;
//创建条件变量
pthread_cond_t need_prod = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
//创建互斥锁
pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
//生产者
void *product(void *arg)
{
while(1){
sleep(1);
//申请锁
pthread_mutex_lock(&lock);
int data = rand() % 123;
PushFront(pHead, data);
printf("生产者生产完成: %d\n", data);
//释放锁
pthread_mutex_unlock(&lock);
//唤醒消费者线程
pthread_cond_signal(&need_prod);
}
}
//消费者
void *consumer(void *arg)
{
while(1){
//申请锁
pthread_mutex_lock(&lock);
while(isEmpty(pHead))
{
printf("生产者没有生产完毕，消费者等待\n");
//如果链表中为空，消费者就要进行等待，等生产者生产完成后唤醒自己
//在进入等待队列时，它会释放锁资源，以便其他进程进行生产，在出等待队列时，它会恢复锁的状态
pthread_cond_wait(&need_prod, &lock);
}
printf("消费者消费完毕: %d\n", pHead->next->value);
PopFront(pHead);
//释放锁
pthread_mutex_unlock(&lock);
}
}
int main()
{
InitList(&pHead);
pthread_t thread1;
pthread_t thread2;
pthread_create(&thread1, NULL, product, NULL);
pthread_create(&thread2, NULL, consumer, NULL);
pthread_join(thread1, NULL);
pthread_join(thread2, NULL);
//销毁互斥锁
pthread_mutex_destroy(&lock);
//销毁条件变量
pthread_cond_destroy(&need_prod);
DestroyList(&pHead);
return 0;
}
运行结果：
