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TinyWebServer项目笔记——01 线程同步机制封装类

news 来源：原创 2025/8/25 21:29:26

1.基础知识

（1）RALL

（2）信号量

（3）互斥量

（4）条件变量

2.功能

1.基础知识

（1）RALL

RALL全称“Resource Acquisition is Initialization”，翻译过来就是“资源获取即初始化”。用于管理资源的生命周期。RALL的核心思想是将资源的获取与对象的初始化绑定在一起，资源的释放与对象的析构绑定在一起。通过这种方式，确保资源在使用完毕后被正确释放，避免资源泄漏。

RALL的工作原理

1.资源获取即初始化——在对象的构造函数中获取资源（如内存、文件句柄、锁等）。

2.资源释放即析构——在对象的析构函数中释放资源。

由于C++的机制，当一个对象创建的时候，自动调用构造函数，当对象超出作用域的时候会自动调用析构函数。所以，在RAII的指导下，我们应该使用类来管理资源，将资源和对象的生命周期绑定。

RALL的优点

1.避免资源泄漏：资源在析构时自动释放，无需手动管理。

2.异常安全：即使在代码中发生异常，资源也会被正确释放。

3.代码简洁：不需要显式释放资源，减少代码的复杂性。

RALL的典型应用

1.智能指针。2.文件句柄管理。3.锁管理。

（2）信号量

信号量是一种用于控制多个线程或进程对共享资源访问的同步机制。主要用于解决并发编程中的同步问题。信号量的核心是一个整数计数器，用于表示可用资源的数量。通过两个原子操作（wait和signal）来管理资源的分配和释放。

信号量的基本操作

1.wait（或p操作）

如果信号量的值大于0，则将其减1，表示资源被占用。

如果信号量的值为0，则线程或进程会被阻塞，直到信号量的值大于0。

2.signal（或v操作）

将信号量的值加1，表示资源被释放。

如果有线程或进程正在等待该信号量，则唤醒其中一个。

信号量的类型

1.二进制信号量。信号量的值只能是0或1。类似于互斥锁，用于实现互斥访问。

2.计数信号量：信号量的值可以是任意非负整数。用于控制对多个资源的访问。

信号量的应用场景

1.资源池管理：例如数据库连接池、线程池等。信号量可以限制同时使用的资源数量。

2.生成者-消费者模型：信号量可以用于同步生产者和消费者线程，确保缓冲区不会溢出或下溢。

3.读写锁：信号量可以实现读写锁，允许多个读线程同时访问资源，但只允许一个写线程访问。

注意事项

1.死锁：信号量使用不当可能会导致死锁。

2.性能开销：信号量的实现依赖操作系统内核，频繁调用会带来额外的开销。

（3）互斥量

互斥量是一种用于多线程编程的同步机制，用于保护共享资源，防止多个线程同时访问或修改这些资源。从而避免数据竞争和不一致问题，

互斥量的核心思想是：当一个线程持有互斥量时，其他线程必须等待，直到该线程释放互斥量后才能继续访问共享资源。

互斥量的基本操作

1.加锁：线程尝试获取互斥量的所有权。如果互斥量已被其他线程持有，则当前线程会被阻塞，直到互斥量被释放。

2.解锁：线程释放互斥量的所有权。其他等待的线程可以尝试获取互斥量。

互斥量的特性

1.互斥性：同一时刻只能有一个线程可以持有互斥量。

2.所有权：只有加锁的线程才能解锁互斥量。

3.阻塞机制：如果互斥量被其他线程持有，尝试加锁的线程会被阻塞，直到互斥量被释放。

互斥量的应用场景

1.保护共享数据。2.实现线程安全的单例模式。3.同步多个线程的操作。

互斥量的注意事项

1.死锁：如果多个线程互相等待对方释放锁，可能会导致死锁。

避免死锁的方法包括：按固定顺序加锁，使用lock一次性加锁多个互斥量。

2.性能开销：互斥量的加锁和解锁操作会带来额外的性能开销，尤其在高并发场景下。

3.锁粒度：锁的粒度应尽可能小，以减少线程阻塞的时间。

（4）条件变量

条件变量是一种用于多线程编程的同步机制，通常与互斥量结合使用。用于实现线程间的等待与通知机制。条件变量的核心作用是允许线程在某些条件不满足时进入等待状态，并在条件满足时被唤醒。

条件变量的基本操作

1.wait：线程调用wait时会释放互斥量，并进入等待状态。当其他线程调用notify_one或notify_all时，等待的线程会被唤醒，重新获得互斥量。

2.notify_one：唤醒一个正在等待的线程。

3.notify_all：唤醒所有正在等待的线程。

典型应用场景

1.生产者-消费者模型：当缓冲区为空时，消费者线程等待，当缓冲区有数据时，生产者线程通知消费者线程。当缓存区满时，生产者线程等待，当缓冲区有空闲时，通知生产者。

2.任务队列：当任务队列为空时，工作线程等待，当任务队列不为空时，通知工作线程。

3.事件驱动编程：线程等待某个事件发生，事件发生后通知等待的线程。

注意事项

1.虚假唤醒：即没有调用notify_one或notify_all，等待的线程也可能被唤醒。可以在wait中使用条件判断（Lambda表达式）检查条件是否真正满足。

2.死锁：条件变量使用不当，可能会导致死锁。

3.性能开销：条件变量的操作涉及系统调用，可能会带来额外的性能开销。

2.功能

封装的功能

类中主要对Linux下的三种锁进行封装，将锁的创建与销毁函数封装在类的构造和析构函数中，实现RALL机制。例如

class sem{public://构造函数sem(){//信号量初始化if(sem_init(&m_sem,0,0)!=0){throw std::exception();}}//析构函数~sem(){//信号量销毁sem_destroy(&m_sem);}private:sem_t m_sem;
};

将重复的代码封装成函数，减少重复。

 1   //条件变量的使用机制需要配合锁来使用2   //内部会有一次加锁和解锁3   //封装起来会使得更加简洁4   bool wait()5   {6       int ret=0;7       pthread_mutex_lock(&m_mutex);8       ret=pthread_cond_wait(&m_cond,&m_mutex);9       pthread_mutex_unlock(&m_mutex);
10       return ret==0;
11   }
12   bool signal()
13   {
14       return pthread_cond_signal(&m_cond)==0;
15   }

1.基础知识

（1）RALL

（2）信号量

（3）互斥量

（4）条件变量

2.功能

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