Linux下提供了多種方式來處理線程同步，最常用的是互斥鎖、條件變量、信號量和讀寫鎖。
下面是思維導圖： 
一、互斥鎖（mutex）
鎖機制是同一時刻只允許一個線程執行一個關鍵部分的代碼。
1 . 初始化鎖
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex,const pthread_mutex_attr_t *mutexattr);其中參數 mutexattr 用於指定鎖的屬性（見下），如果為NULL則使用缺省屬性。
互斥鎖的屬性在創建鎖的時候指定，在LinuxThreads實現中僅有一個鎖類型屬性，不同的鎖類型在試圖對一個已經被鎖定的互斥鎖加鎖時表現不同。當前有四個值可供選擇：
（1）PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP，這是缺省值，也就是普通鎖。當一個線程加鎖以后，其余請求鎖的線程將形成一個等待隊列，並在解鎖后按優先級獲得鎖。這種鎖策略保證了資源分配的公平性。
（2）PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE_NP，嵌套鎖，允許同一個線程對同一個鎖成功獲得多次，並通過多次unlock解鎖。如果是不同線程請求，則在加鎖線程解鎖時重新競爭。
（3）PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK_NP，檢錯鎖，如果同一個線程請求同一個鎖，則返回EDEADLK，否則與PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP類型動作相同。這樣就保證當不允許多次加鎖時不會出現最簡單情況下的死鎖。
（4）PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP，適應鎖，動作最簡單的鎖類型，僅等待解鎖后重新競爭。
2 . 阻塞加鎖
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex *mutex);3 . 非阻塞加鎖
int pthread_mutex_trylock( pthread_mutex_t *mutex);該函數語義與 pthread_mutex_lock() 類似，不同的是在鎖已經被占據時返回 EBUSY 而不是掛起等待。
4 . 解鎖（要求鎖是lock狀態,並且由加鎖線程解鎖）
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex *mutex);5 . 銷毀鎖（此時鎖必需unlock狀態,否則返回EBUSY）
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex *mutex);示例代碼：
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <pthread.h> pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; int gn; void* thread(void *arg) { printf("thread's ID is %d\n",pthread_self()); pthread_mutex_lock(&mutex); gn = 12; printf("Now gn = %d\n",gn); pthread_mutex_unlock(&mutex); return NULL; } int main() { pthread_t id; printf("main thread's ID is %d\n",pthread_self()); gn = 3; printf("In main func, gn = %d\n",gn); if (!pthread_create(&id, NULL, thread, NULL)) { printf("Create thread success!\n"); } else { printf("Create thread failed!\n"); } pthread_join(id, NULL); pthread_mutex_destroy(&mutex); return 0; }二、條件變量（cond）
條件變量是利用線程間共享全局變量進行同步的一種機制。條件變量上的基本操作有：觸發條件(當條件變為 true 時)；等待條件，掛起線程直到其他線程觸發條件。
1 . 初始化條件變量
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond,pthread_condattr_t *cond_attr); 盡管POSIX標准中為條件變量定義了屬性，但在Linux中沒有實現，因此cond_attr值通常為NULL，且被忽略。
2 . 有兩個等待函數
（1）無條件等待
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex_t *mutex); （2）計時等待
int pthread_cond_timewait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex *mutex,const timespec *abstime); 如果在給定時刻前條件沒有滿足，則返回ETIMEOUT，結束等待，其中abstime以與time()系統調用相同意義的絕對時間形式出現，0表示格林尼治時間1970年1月1日0時0分0秒。無論哪種等待方式，都必須和一個互斥鎖配合，以防止多個線程同時請求（用 pthread_cond_wait() 或 pthread_cond_timedwait() 請求）競爭條件（Race Condition）。mutex互斥鎖必須是普通鎖（PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP）或者適應鎖（PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP），且在調用pthread_cond_wait()前必須由本線程加鎖（pthread_mutex_lock()），而在更新條件等待隊列以前，mutex保持鎖定狀態，並在線程掛起進入等待前解鎖。在條件滿足從而離開pthread_cond_wait()之前，mutex將被重新加鎖，以與進入pthread_cond_wait()前的加鎖動作對應。
3 . 激發條件
（1）激活一個等待該條件的線程（存在多個等待線程時按入隊順序激活其中一個）
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);（2）激活所有等待線程
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);4 . 銷毀條件變量
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond); 只有在沒有線程在該條件變量上等待的時候才能銷毀這個條件變量，否則返回EBUSY
說明：
1. pthread_cond_wait 自動解鎖互斥量(如同執行了pthread_unlock_mutex)，並等待條件變量觸發。這時線程掛起，不占用CPU時間，直到條件變量被觸發（變量為ture）。在調用 pthread_cond_wait之前，應用程序必須加鎖互斥量。pthread_cond_wait函數返回前，自動重新對互斥量加鎖(如同執行了pthread_lock_mutex)。
2. 互斥量的解鎖和在條件變量上掛起都是自動進行的。因此，在條件變量被觸發前，如果所有的線程都要對互斥量加鎖，這種機制可保證在線程加鎖互斥量和進入等待條件變量期間，條件變量不被觸發。條件變量要和互斥量相聯結，以避免出現條件競爭——個線程預備等待一個條件變量，當它在真正進入等待之前，另一個線程恰好觸發了該條件（條件滿足信號有可能在測試條件和調用pthread_cond_wait函數（block）之間被發出，從而造成無限制的等待）。
3. 條件變量函數不是異步信號安全的，不應當在信號處理程序中進行調用。特別要注意，如果在信號處理程序中調用 pthread_cond_signal 或 pthread_cond_boardcast 函數，可能導致調用線程死鎖
示例代碼1：
#include <stdio.h> #include <pthread.h> #include "stdlib.h" #include "unistd.h" pthread_mutex_t mutex; pthread_cond_t cond; void hander(void *arg) { free(arg); (void)pthread_mutex_unlock(&mutex); } void *thread1(void *arg) { pthread_cleanup_push(hander, &mutex); while (1) { printf("thread1 is running\n"); pthread_mutex_lock(&mutex); pthread_cond_wait(&cond,&mutex); printf("thread1 applied the condition\n"); pthread_mutex_unlock(&mutex); sleep(4); } pthread_cleanup_pop(0); } void *thread2(void *arg) { while (1) { printf("thread2 is running\n"); pthread_mutex_lock(&mutex); pthread_cond_wait(&cond,&mutex); printf("thread2 applied the condition\n"); pthread_mutex_unlock(&mutex); sleep(1); } } int main() { pthread_t thid1,thid2; printf("condition variable study!\n"); pthread_mutex_init(&mutex,NULL); pthread_cond_init(&cond,NULL); pthread_create(&thid1,NULL,thread1,NULL); pthread_create(&thid2,NULL,thread2,NULL); sleep(1); do { pthread_cond_signal(&cond); } while(1); sleep(20); pthread_exit(0); return 0; }
#include <pthread.h> #include <unistd.h> #include "stdio.h" #include "stdlib.h" static pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; static pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER; struct node { int n_number; struct node *n_next; }*head = NULL; static void cleanup_handler(void *arg) { printf("Cleanup handler of second thread.\n"); free(arg); (void)pthread_mutex_unlock(&mtx); } static void *thread_func(void *arg) { struct node *p = NULL; pthread_cleanup_push(cleanup_handler, p); while (1) { // 這個mutex主要是用來保證pthread_cond_wait的並發性。 pthread_mutex_lock(&mtx); while (head == NULL) { /* 這個while要特別說明一下，單個pthread_cond_wait功能很完善，為何 * 這里要有一個while (head == NULL)呢？因為pthread_cond_wait里的線 * 程可能會被意外喚醒，如果這個時候head != NULL，則不是我們想要的情況。 * 這個時候，應該讓線程繼續進入pthread_cond_wait * pthread_cond_wait會先解除之前的pthread_mutex_lock鎖定的mtx， * 然后阻塞在等待對列里休眠，直到再次被喚醒（大多數情況下是等待的條件成立 * 而被喚醒，喚醒后，該進程會先鎖定先pthread_mutex_lock(&mtx);，再讀取資源 * 用這個流程是比較清楚的。*/ pthread_cond_wait(&cond, &mtx); p = head; head = head->n_next; printf("Got %d from front of queue\n", p->n_number); free(p); } pthread_mutex_unlock(&mtx); // 臨界區數據操作完畢，釋放互斥鎖。 } pthread_cleanup_pop(0); return 0; } int main(void) { pthread_t tid; int i; struct node *p; /* 子線程會一直等待資源，類似生產者和消費者，但是這里的消費者可以是多個消費者， * 而不僅僅支持普通的單個消費者，這個模型雖然簡單，但是很強大。*/ pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL); sleep(1); for (i = 0; i < 10; i++) { p = (struct node*)malloc(sizeof(struct node)); p->n_number = i; pthread_mutex_lock(&mtx); // 需要操作head這個臨界資源，先加鎖。 p->n_next = head; head = p; pthread_cond_signal(&cond); pthread_mutex_unlock(&mtx); //解鎖 sleep(1); } printf("thread 1 wanna end the line.So cancel thread 2.\n"); /* 關於pthread_cancel，有一點額外的說明，它是從外部終止子線程，子線程會在最近的取消點， * 退出線程，而在我們的代碼里，最近的取消點肯定就是pthread_cond_wait()了。*/ pthread_cancel(tid); pthread_join(tid, NULL); printf("All done -- exiting\n"); return 0; }
可以看出，等待條件變量信號的用法約定一般是這樣的：
... pthread_mutex_lock(&mutex); ... pthread_cond_wait (&cond, &mutex); ... pthread_mutex_unlock (&mutex); ...相信很多人都會有這個疑問：為什么pthread_cond_wait需要的互斥鎖不在函數內部定義，而要使用戶定義的呢？現在沒有時間研究 pthread_cond_wait 的源代碼，帶着這個問題對條件變量的用法做如下猜測，希望明白真相看過源代碼的朋友不吝指正。
- pthread_cond_wait 和 pthread_cond_timewait 函數為什么需要互斥鎖？因為：條件變量是線程同步的一種方法，這兩個函數又是等待信號的函數，函數內部一定有須要同步保護的數據。
- 使用用戶定義的互斥鎖而不在函數內部定義的原因是：無法確定會有多少用戶使用條件變量，所以每個互斥鎖都須要動態定義，而且管理大量互斥鎖的開銷太大，使用用戶定義的即靈活又方便，符合UNIX哲學的編程風格（隨便推薦閱讀《UNIX編程哲學》這本好書！）。
- 好了，說完了1和2，我們來自由猜測一下 pthread_cond_wait 函數的內部結構吧：
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex)
{
if（沒有條件信號） { （1）pthread_mutex_unlock (mutex); // 因為用戶在函數外面已經加鎖了（這是使用約定），但是在沒有信號的情況下為了讓其他線程也能等待cond，必須解鎖。 （2） 阻塞當前線程，等待條件信號（當然應該是類似於中斷觸發的方式等待，而不是軟件輪詢的方式等待）... 有信號就繼續執行后面。 （3） pthread_mutex_lock (mutex); // 因為用戶在函數外面要解鎖（這也是使用約定），所以要與1呼應加鎖，保證用戶感覺依然是自己加鎖、自己解鎖。 } ... }三、 信號量
如同進程一樣，線程也可以通過信號量來實現通信，雖然是輕量級的。
線程使用的基本信號量函數有四個：
#include <semaphore.h>1 . 初始化信號量
int sem_init (sem_t *sem , int pshared, unsigned int value);參數：
sem - 指定要初始化的信號量；
pshared - 信號量 sem 的共享選項，linux只支持0，表示它是當前進程的局部信號量；
value - 信號量 sem 的初始值。
2 . 信號量值加1
給參數sem指定的信號量值加1。
int sem_post(sem_t *sem);3 . 信號量值減1
給參數sem指定的信號量值減1。
int sem_wait(sem_t *sem);如果sem所指的信號量的數值為0，函數將會等待直到有其它線程使它不再是0為止。
4 . 銷毀信號量
銷毀指定的信號量。
int sem_destroy(sem_t *sem);示例代碼：
#include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <pthread.h> #include <semaphore.h> #include <errno.h> #define return_if_fail(p) if((p) == 0){printf ("[%s]:func error!\n", __func__);return;} typedef struct _PrivInfo { sem_t s1; sem_t s2; time_t end_time; }PrivInfo; static void info_init (PrivInfo* prifo); static void info_destroy (PrivInfo* prifo); static void* pthread_func_1 (PrivInfo* prifo); static void* pthread_func_2 (PrivInfo* prifo); int main (int argc, char** argv) { pthread_t pt_1 = 0; pthread_t pt_2 = 0; int ret = 0; PrivInfo* prifo = NULL; prifo = (PrivInfo* )malloc (sizeof (PrivInfo)); if (prifo == NULL) { printf ("[%s]: Failed to malloc priv.\n"); return -1; } info_init (prifo); ret = pthread_create (&pt_1, NULL, (void*)pthread_func_1, prifo); if (ret != 0) { perror ("pthread_1_create:"); } ret = pthread_create (&pt_2, NULL, (void*)pthread_func_2, prifo); if (ret != 0) { perror ("pthread_2_create:"); } pthread_join (pt_1, NULL); pthread_join (pt_2, NULL); info_destroy (prifo); return 0; } static void info_init (PrivInfo* prifo) { return_if_fail (prifo != NULL); prifo->end_time = time(NULL) + 10; sem_init (&prifo->s1, 0, 1); sem_init (&prifo->s2, 0, 0); return; } static void info_destroy (PrivInfo* prifo) { return_if_fail (prifo != NULL); sem_destroy (&prifo->s1); sem_destroy (&prifo->s2); free (prifo); prifo = NULL; return; } static void* pthread_func_1 (PrivInfo* prifo) { return_if_fail (prifo != NULL); while (time(NULL) < prifo->end_time) { sem_wait (&prifo->s2); printf ("pthread1: pthread1 get the lock.\n"); sem_post (&prifo->s1); printf ("pthread1: pthread1 unlock\n"); sleep (1); } return; } static void* pthread_func_2 (PrivInfo* prifo) { return_if_fail (prifo != NULL); while (time (NULL) < prifo->end_time) { sem_wait (&prifo->s1); printf ("pthread2: pthread2 get the unlock.\n"); sem_post (&prifo->s2); printf ("pthread2: pthread2 unlock.\n"); sleep (1); } return; }四 讀寫鎖
4.1 注意事項
- 1.如果一個線程用讀鎖鎖定了臨界區，那么其他線程也可以用讀鎖來進入臨界區，這樣就可以多個線程並行操作。但這個時候，如果再進行寫鎖加鎖就會發生阻塞，寫鎖請求阻塞后，后面如果繼續有讀鎖來請求，這些后來的讀鎖都會被阻塞！這樣避免了讀鎖長期占用資源，防止寫鎖飢餓！
- 2.如果一個線程用寫鎖鎖住了臨界區，那么其他線程不管是讀鎖還是寫鎖都會發生阻塞！
4.2 常用接口
1. 初始化：
int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);- 讀寫加鎖
int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock); int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock); int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock); int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock); int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock); int pthread_rwlock_timedrdlock(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const struct timespec *restrict abs_timeout); int pthread_rwlock_timedwrlock(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const struct timespec *restrict abs_timeout);3.銷毀鎖
int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);應用實例：
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <pthread.h> /* 初始化讀寫鎖 */ pthread_rwlock_t rwlock = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER; /* 全局資源 */ int global_num = 10; void err_exit(const char *err_msg) { printf("error:%s\n", err_msg); exit(1); } /* 讀鎖線程函數 */ void *thread_read_lock(void *arg) { char *pthr_name = (char *)arg; while (1) { /* 讀加鎖 */ pthread_rwlock_rdlock(&rwlock); printf("線程%s進入臨界區，global_num = %d\n", pthr_name, global_num); sleep(1); printf("線程%s離開臨界區...\n", pthr_name); /* 讀解鎖 */ pthread_rwlock_unlock(&rwlock); sleep(1); } return NULL; } /* 寫鎖線程函數 */ void *thread_write_lock(void *arg) { char *pthr_name = (char *)arg; while (1) { /* 寫加鎖 */ pthread_rwlock_wrlock(&rwlock); /* 寫操作 */ global_num++; printf("線程%s進入臨界區，global_num = %d\n", pthr_name, global_num); sleep(1); printf("線程%s離開臨界區...\n", pthr_name); /* 寫解鎖 */ pthread_rwlock_unlock(&rwlock); sleep(2); } return NULL; } int main(void) { pthread_t tid_read_1, tid_read_2, tid_write_1, tid_write_2; /* 創建4個線程，2個讀，2個寫 */ if (pthread_create(&tid_read_1, NULL, thread_read_lock, "read_1") != 0) err_exit("create tid_read_1"); if (pthread_create(&tid_read_2, NULL, thread_read_lock, "read_2") != 0) err_exit("create tid_read_2"); if (pthread_create(&tid_write_1, NULL, thread_write_lock, "write_1") != 0) err_exit("create tid_write_1"); if (pthread_create(&tid_write_2, NULL, thread_write_lock, "write_2") != 0) err_exit("create tid_write_2"); /* 隨便等待一個線程，防止main結束 */ if (pthread_join(tid_read_1, NULL) != 0) err_exit("pthread_join()"); return 0; }