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Linux 多線程編程是一種復(fù)雜的編程方式，它與傳統(tǒng)的單線程編程方式有著明顯的不同。在多線程編程中，一個(gè)程序可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)，這些任務(wù)可以在一個(gè)或者多個(gè)進(jìn)程間進(jìn)行切換。但是，多線程編程也面臨著許多挑戰(zhàn)，比如全局變量數(shù)據(jù)共享問(wèn)題。
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在本文中，我們將探討在 Linux 多線程編程中的全局變量問(wèn)題，包括定義全局變量、全局變量的作用域以及如何合理使用全局變量。
定義全局變量
在多線程編程中，我們通常需要在不同的線程享數(shù)據(jù)。全局變量是一種最常用的共享數(shù)據(jù)路徑，因?yàn)樗梢员凰羞M(jìn)程訪問(wèn)。在 Linux 中，我們可以通過(guò)將變量定義在文件的頭文件中來(lái)定義全局變量。
例如：
“`c
int global_var;
“`
在這個(gè)例子中，我們定義了一個(gè)名為 global_var 的整型變量作為全局變量。在多個(gè)線程之間，可以通過(guò)訪問(wèn)這個(gè)全局變量來(lái)共享數(shù)據(jù)。
全局變量的作用域
在使用全局變量時(shí)需要注意作用域的問(wèn)題。
在程序中，有不同的作用域范圍，從而影響了變量的可見(jiàn)性。在多線程編程中，我們需要將全局變量的作用域限定在各個(gè)線程中，以避免線程之間的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。
比如，我們可以在不同的函數(shù)中定義同名的全局變量。這些變量之間是沒(méi)有任何影響的，因?yàn)樗鼈兊淖饔糜蚍秶煌?/p>
例如，我們?cè)?file1.c 中定義了一個(gè)全局變量：
“`c
int num1 = 10;
“`
在另一個(gè)文件 file2.c 中，我們定義了一個(gè)同名的全局變量：
“`c
int num1 = 20;
“`
在這種情況下，num1 可以分別被 file1.c 和 file2.c 中的代碼訪問(wèn)，但它們之間沒(méi)有任何關(guān)系。
在多線程編程中，我們可以通過(guò)將全局變量定義為靜態(tài)，來(lái)限制其作用域只在一個(gè)線程中。
例如：
“`c
static int global_var;
“`
這個(gè)定義告訴編譯器，全局變量 global_var 只能在當(dāng)前文件的作用域范圍內(nèi)使用。這可以避免在多個(gè)線程之間出現(xiàn)全局變量的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。
合理使用全局變量
全局變量雖然方便，但在多線程編程中，使用全局變量也有可能引起競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。在多個(gè)線程同時(shí)修改一個(gè)全局變量時(shí)，有可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)亂或者程序崩潰。
因此，在多線程編程中，我們需要合理地使用全局變量，盡可能避免在不同線程中修改同一個(gè)全局變量。一些常用的方法包括：
1. 在不同線程之間傳遞變量通過(guò)參數(shù)傳遞的方式，而不是使用全局變量。
2. 如果必須使用全局變量，需要使用加鎖技術(shù)來(lái)保護(hù)全局變量的訪問(wèn)。只有在一個(gè)線程獲取到了鎖的情況下，才能修改這個(gè)全局變量。
3. 在編寫(xiě)程序時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡可能地避免使用全局變量，采用局部變量來(lái)代替。
結(jié)論
在 Linux 多線程編程中，全局變量的問(wèn)題是需要注意的。全局變量可以方便地共享數(shù)據(jù)，但同時(shí)也需要注意變量的作用域和安全性。我們需要在編寫(xiě)程序時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況合理地使用全局變量，盡可能地避免出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。
相關(guān)問(wèn)題拓展閱讀：
- 如何使用 linux下多線程中條件變量
如何使用 linux下多線程中條件變量
使用條件變量更大的好處是可以避免忙等。相當(dāng)與多線程中的信號(hào)。
條件變量是線程中的東西就是等待某一條件的發(fā)生和信號(hào)一樣
以下是說(shuō)明
，條件變量使我們可以睡眠等待某種條件出現(xiàn)。
條件變量是利用線程間共享的全局變量進(jìn)行同步的一種機(jī)制，主要包括兩個(gè)動(dòng)作：一個(gè)線程等待”條件變量的條件成立”而掛起；另一個(gè)線程使”條件成立”（給出條件成立信號(hào)）。為了防止槐凳競(jìng)爭(zhēng)，條件變量的使用總是和一個(gè)互斥鎖結(jié)合在一起。
條件變量類型為pthread_cond_t
創(chuàng)建和注銷
條件變量和互斥鎖一樣，都有靜態(tài)動(dòng)態(tài)兩種創(chuàng)建方式，靜態(tài)方式使用PTHREAD_COND_INITIALIZER常量，如下：
pthread_cond_t
cond=PTHREAD_COND_INITIALIZER
動(dòng)態(tài)方式調(diào)用pthread_cond_init()函數(shù)，API定義如下：
int
pthread_cond_init(pthread_cond_t
*cond,
pthread_condattr_t
*cond_attr)
盡管POSIX標(biāo)準(zhǔn)中為條件變量定義了屬性，但在LinuxThreads中沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，因此cond_attr值通常為NULL，且被忽略。
注銷一個(gè)條件變量需要調(diào)用pthread_cond_destroy()，只有在沒(méi)有線程在該條件變量上等待的時(shí)候才能注銷這個(gè)條件變量，否則返回EBUSY。API定義如下：
int
pthread_cond_destroy(pthread_cond_t
*cond)
等待和激發(fā)
int
pthread_cond_wait(pthread_cond_t
*cond,
pthread_mutex_t
*mutex)
int
pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t
*cond,
pthread_mutex_t
*mutex,
const
struct
timespec
*abstime)
等待條件有兩種方式：無(wú)條件等待pthread_cond_wait()和計(jì)時(shí)等待pthread_cond_timedwait()，其中計(jì)時(shí)等待方式如果在給定時(shí)刻前條件沒(méi)有滿足，則返回ETIMEOUT，結(jié)束等待，其中abstime以與time()系統(tǒng)調(diào)用相同意義的絕對(duì)時(shí)間形式出現(xiàn)，0表示格林尼治時(shí)間1970年1月1日0時(shí)0分0秒。
使用絕對(duì)時(shí)間而非相對(duì)時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)是吵明。如果函數(shù)提前返回（很可能因?yàn)椴东@了一個(gè)信號(hào)，）
無(wú)論哪種等待方式，都必須和一個(gè)互斥鎖配合，以防止多個(gè)線程同時(shí)請(qǐng)求pthread_cond_wait()（或pthread_cond_timedwait()，下同）的競(jìng)爭(zhēng)條件（Race
Condition）。mutex互斥鎖必須是普通鎖（PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP）或者適應(yīng)鎖（PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP），且在調(diào)用pthread_cond_wait()前必須由本線程加鎖（pthread_mutex_lock()），而在更新條件等待隊(duì)列以前，mutex保持鎖定狀態(tài)，并在線程掛起進(jìn)入等待前解鎖。在條件滿足從而離開(kāi)pthread_cond_wait()之前，mutex將被重新加鎖，以與進(jìn)入pthread_cond_wait()前的加鎖動(dòng)作對(duì)應(yīng)。
激發(fā)條件有兩種形式，pthread_cond_signal()激活鉛碰旅一個(gè)等待該條件的線程，存在多個(gè)等待線程時(shí)按入隊(duì)順序激活其中一個(gè)；而pthread_cond_broadcast()則激活所有等待線程。
其他
pthread_cond_wait()和pthread_cond_timedwait()都被實(shí)現(xiàn)為取消點(diǎn)，因此，在該處等待的線程將立即重新運(yùn)行，在重新鎖定mutex后離開(kāi)pthread_cond_wait()，然后執(zhí)行取消動(dòng)作。也就是說(shuō)如果pthread_cond_wait()被取消，mutex是保持鎖定狀態(tài)的，因而需要定義退出回調(diào)函數(shù)來(lái)為其解鎖。
在網(wǎng)上看到這個(gè)系列的
文章對(duì)Linux下的POSIX線程編程方法闡述的十分的清晰，小弟目前關(guān)心要學(xué)習(xí)線程同步中的條件變量的使用方法，轉(zhuǎn)載一下呵呵……
互斥對(duì)象是線程程序必需的工具，但它們并非萬(wàn)能的。例如，如果線程正在侍者等待共享數(shù)據(jù)內(nèi)某個(gè)條件出現(xiàn)，那會(huì)發(fā)生什么呢？代碼可以反復(fù)對(duì)互斥對(duì)象鎖定和解鎖， 以檢查值的任何變化。同時(shí)，還要快速將互斥對(duì)象解鎖，以便其它線程能夠進(jìn)行任何必需的更改。這是一種非?？膳碌姆椒?，因?yàn)榫€程需要在合理的時(shí)間范圍內(nèi)頻繁 地循環(huán)檢測(cè)變化。
在每次檢查之間，可以讓調(diào)用線程短暫地進(jìn)入睡眠，比如睡眠三秒鐘，但是因此線程代碼就無(wú)法最快作出響應(yīng)。真正需要的是這樣一種方法，當(dāng)線程在等待滿足某些 條件時(shí)使線程進(jìn)入睡眠狀態(tài)。一旦條件滿足，還需要一種方法以喚醒因等待滿足特定條件而睡眠的線程。如果能夠做到這一點(diǎn)，線程代碼將是非常高效的，并且不會(huì) 占用寶貴的互斥對(duì)象鎖。這正是 POSIX 條件變量能做的事！
本文是 POSIX 線程三部曲系列的最后一部分，Daniel 將詳細(xì)討論如何使用條件變量。條件變量是 POSIX 線程結(jié)構(gòu)，可以讓您在遇到某些條件時(shí)“喚醒”線程?？梢詫⑺鼈兛醋魇且环N線程安全的信號(hào)發(fā)送。Daniel 使用目前您所學(xué)到的知識(shí)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)多線程工作組應(yīng)用程序，本文將圍繞著這一示例而進(jìn)行討論。
條件變量詳解
在 上一篇文章結(jié) 束時(shí)，我描述了一個(gè)比較特殊的難題：如果線程正在等待某個(gè)特定條件發(fā)生，它應(yīng)該如何處理這種情況？它可以重復(fù)對(duì)互斥對(duì)象鎖定和解鎖，每次都會(huì)檢查共享數(shù)據(jù) 結(jié)構(gòu)，以查找某個(gè)值。但這是在浪費(fèi)時(shí)間和資源，而且這種繁忙查詢的效率非常低。解決這個(gè)問(wèn)題的更佳方法是使用 pthread_cond_wait() 調(diào)用來(lái)等待特殊條件發(fā)生。
了解 pthread_cond_wait() 的作用非常重要 — 它是 POSIX 線程信號(hào)發(fā)送系統(tǒng)的核心，也是最難以理解的部分。
首先，讓我們考慮以下情況：線程為查看已鏈接列表而鎖定了互斥對(duì)象，然而該列表恰巧是空的。這一特定線程什么也干不了 — 其設(shè)計(jì)意圖是從列表中除去節(jié)點(diǎn)，但是現(xiàn)在卻沒(méi)有節(jié)點(diǎn)。因此，它只能：
鎖定互斥對(duì)象時(shí)，線程將調(diào)用 pthread_cond_wait(&mycond,&mymutex)。pthread_cond_wait() 調(diào)用相當(dāng)復(fù)雜，因此我們每次只執(zhí)行它的一個(gè)操作。
pthread_cond_wait() 所做的之一件事就是同時(shí)對(duì)互斥對(duì)象解鎖（于是其它線程可以修改已鏈接列表），并等待條件 mycond 發(fā)生（這樣當(dāng) pthread_cond_wait() 接收到另一個(gè)線程的氏襪“信號(hào)”時(shí)，它將蘇醒）?，F(xiàn)在互斥對(duì)象已被解鎖，其它線程可以訪問(wèn)和修改已鏈接列表，可能還會(huì)添加項(xiàng)。
此 時(shí)，pthread_cond_wait() 調(diào)用還未返回。對(duì)互斥對(duì)象解鎖會(huì)立即發(fā)生，但等待條件 mycond 通常是一個(gè)阻塞操作，這意味著線程將睡眠，在它蘇醒之前不會(huì)消耗 CPU 周期。這正是我們期待發(fā)生的情況。線程將一直睡眠，直到特定條件發(fā)生，在這期間不會(huì)發(fā)生任何浪費(fèi) CPU 時(shí)間的繁忙查詢。從線程的角度來(lái)看，它只是在等待 pthread_cond_wait() 調(diào)用返回。
現(xiàn)在繼續(xù)說(shuō)明，假設(shè) 另一個(gè)線程（稱作“2 號(hào)線程”）鎖定了 mymutex 并對(duì)已鏈接列表添加了一項(xiàng)。在對(duì)互斥對(duì)象解鎖之后，2 號(hào)線程會(huì)立即調(diào)用函數(shù) pthread_cond_broadcast(&mycond)。此操作之后，2 號(hào)線程將使所有等待 mycond 條件變量的線程立即蘇醒。這意味著之一個(gè)線程（仍處于 pthread_cond_wait() 調(diào)用中）現(xiàn)在將蘇醒。
現(xiàn) 在，看一下之一個(gè)線程發(fā)生了什么。您可能會(huì)認(rèn)為在 2 號(hào)線殲談激程調(diào)用 pthread_cond_broadcast(&mymutex) 之后，1 號(hào)線程的 pthread_cond_wait() 會(huì)立即返回。不是那樣！實(shí)際上，pthread_cond_wait() 將執(zhí)行最后一個(gè)操作：重新鎖定 mymutex。一旦 pthread_cond_wait() 鎖定了互斥對(duì)象，那么它將返回并允許 1 號(hào)線程繼續(xù)執(zhí)行。那時(shí)，它可以馬上檢查列表，查看它所感興趣的更改。
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當(dāng)前標(biāo)題：深入理解Linux多線程編程中的全局變量問(wèn)題(linux多線程全局變量)
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