互斥锁与条件变量协同实现线程同步，确保共享资源安全访问。1. 互斥锁保护临界区，防止多线程竞争；2. 条件变量用于线程等待与通知，需配合互斥锁使用；3. 标准模式为加锁后循环检查条件并调用wait，修改状态后signal唤醒；4. 避免虚假唤醒、死锁和长临界区是关键实践。
在Linux多线程编程中，线程同步是确保多个线程安全访问共享资源的核心机制。其中，互斥锁（mutex）和条件变量（condition variable）是最基础且最常用的工具。它们通常配合使用，解决竞态条件、死锁和线程间协调等问题。
互斥锁（Mutex）的作用与使用
互斥锁用于保护临界区，确保同一时间只有一个线程可以访问共享数据。当一个线程加锁成功后，其他试图加锁的线程会被阻塞，直到锁被释放。
基本操作包括初始化、加锁、解锁和销毁：
- 初始化：使用 pthread_mutex_init() 或静态赋值 PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER
- 加锁：调用 pthread_mutex_lock()，若锁已被占用，线程会阻塞
- 尝试加锁：pthread_mutex_trylock() 不阻塞，立即返回是否获取成功
- 解锁：必须由持有锁的线程调用 pthread_mutex_unlock()
- 销毁：使用 pthread_mutex_destroy() 释放资源
错误使用互斥锁会导致死锁，例如重复加锁未解锁、多个线程以不同顺序加多个锁等。
条件变量（Condition Variable）的工作机制
条件变量不提供锁定功能，而是用于线程间的等待与通知。它让线程在某个条件不成立时进入等待状态，直到其他线程改变条件并发出信号。
典型应用场景是生产者-消费者模型：
- 等待条件：线程调用 pthread_cond_wait(&cond, &mutex)，自动释放 mutex 并进入等待队列
- 唤醒等待者：另一线程修改共享状态后，调用 pthread_cond_signal() 或 pthread_cond_broadcast()
- 重新获取锁：被唤醒的线程从 wait 返回前会重新竞争并获取 mutex
注意：pthread_cond_wait() 必须与互斥锁配合使用，且判断条件应放在循环中，防止虚假唤醒。
mutex 与条件变量的协同使用模式
标准的线程同步模式如下：
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER; int ready = 0;// 等待线程 void wait_thread(void arg) { pthread_mutex_lock(&mutex); while (ready == 0) { pthread_cond_wait(&cond, &mutex); } // 处理任务 pthread_mutex_unlock(&mutex); return NULL; }
// 通知线程 void signal_thread(void arg) { pthread_mutex_lock(&mutex); ready = 1; pthread_cond_signal(&cond); pthread_mutex_unlock(&mutex); return NULL; }
这种结构保证了对共享变量 ready 的安全访问，并实现了高效的线程协作。
常见问题与最佳实践
- 始终用循环检查条件，避免虚假唤醒导致逻辑错误
- 确保每次加锁都有对应的解锁，推荐使用 RAII 或 goto 统一释放
- 避免长时间持有锁，减少临界区代码量
- 不要在持有锁的情况下执行可能阻塞的操作（如 I/O）
- 多个条件变量应对应不同的等待条件，避免误唤醒
基本上就这些。掌握 mutex 和条件变量的正确用法，是编写稳定多线程程序的基础。不复杂但容易忽略细节。
