简介
由于现在的CPU基本都是多核，因此如果对性能要求比较高的程序通常会考虑进行并行化处理。但是除了极少数程序，绝大多数的程序在并行化的时候都存在数据依赖的各种限制，需要线程之间的同步。同步的方法主要有互斥量(Mutex)、信号量(Semaphore)、条件变量(Condition Variable)以及屏障(Barrier)。本来以前草草学过一点有关并行的知识，现在基本上都忘记了。这里回顾一下Posix Thread的知识以及简单的介绍一下C++中对于多线程的封装。
Posix Thread
Posix Thread给类Unix提供了统一多线程API，包括Linux系统和MacOS等，简称PThread, 使用C语言的头文件<pthread.h>，并且在编译时需要增加条件-lpthread或者-pthread链接PThread库。
互斥量(Mutex)
互斥量是最经常用来营造同步区域的工具，在多数情况下可以把它当作锁来使用。当一个线程处于互斥量的临界区时，另一个线程会被阻塞在进入临界区的位置，保证了临界区的独占性。PThtread中提供了数据类型pthread_mutex_t以及下列API
pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);//mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_lock(&mutex);
pthread_mutex_unlock(&mutex);pthread_mutex_init用于初始化mutex，也可以使用注释中的赋值来进行mutex的初始化。而pthread_mutex_lock用于进入临界区的时候获取锁，如果当前有其它线程在临界区中，当前线程就会进入休眠，这个过程由一系列的系统调用来实现。当没有其它线程在临界区时就能获取锁并进入临界区。注意，同一个线程不能连续使用两次pthread_mutex_lock，否则会出现未定义行为，通常会卡死。当执行完临界区的操作后，可以使用pthread_mutex_unlock来释放锁，这样可以让别的线程进入临界区。在编程时应当要注意pthread_mutex_lock和pthread_mutex_unlock一定要成对使用，否则会有难以预料的结果。
C++给互斥量进行了封装，使用起来更加简单，使用头文件mutex，与大多数标准库中的类一样，mutex类位于namespace std中。
mutex mtx;
mtx.lock();
mtx.unlock();条件变量(Conditional Variable)
许多时候需要等待某些条件完成以后才能进入临界区，而通过死循环去判断条件会浪费大量的CPU资源，同时还存在race condtion的风险，也就是对条件的判断和修改的顺序出了问题(当然你用原子指令对条件进行修改当我没说，但这样效率还是很低)。所以条件变量就能应用在这样的场景中，可以保证在测试条件时不被干扰，同时如果条件测试失败了自动地释放互斥量。
在PThread中提供了条件变量的API
pthread_
pthread_cond_t cond = PTHRAD_COND_INIALIZER; //pthread_cond_init(&cond, NULL);
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INIALIZER;
bool ready = false;
//等待
pthread_mutex_lock(&mutex);
while(!ready)
{
pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
}
//执行
//......
pthread_mutex_unlock(&mutex);
//唤醒
pthread_mutex_lock(&mutex);
ready = true;
pthread_cond_broadcast(&cond);//唤醒全部
pthread_cond_signal(&cond); //唤醒一个
pthread_mutex_unlock(&mutex);头文件 condition_variable 提供了对条件变量的封装。
mutex mtx;
condition_variable cv;
bool ready = false;
//必须配合锁使用
//等待
void wait(int id) {
std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
while (!ready) cv.wait(lck);
// ...
}
//唤醒
void go() {
std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
ready = true;
cv.notify_all();
}信号量(Semaphore)
信号量其实就是P，V操作，比较适合生产者消费者问题。比如有一个资源，有人生产有人使用，当这个资源用完时还要使用就要等待别人生产出来，这种问题就比较适合信号量。很遗憾，C++中似乎还没有对信号量的封装，我们只能使用C语言为我们提供的API，位于semaphore.h中。
sem_t resources;
sem_init(&resources, NULL, 0); //初始化资源为0个
sem_wait(&resources); //消耗一个资源
sem_signal(&resources); //释放一个资源屏障(Barrier)
比如我们想要所有线程都计算完一个中间结果，再继续往下计算，这就可以用到barrier。barrier的作用是所有的线程到达后才放行，提前到达的线程会被挡在此处。
pthread_barrier_t barrier;
pthread_barrier_init(&barrier, NULL, thread_num);
pthread_barrier_wait(&barrier);C++20中似乎有了barrier的封装，在头文件barrier中，但是好像支持的地方还不是特别多。
其他
其实同步的方法还有很多，比如原子系列指令，自旋锁(本菜鸡还不会呜呜～)，这里面的底层支持也不太一样，用到了不同体系结构提供的原子操作还有一些系统调用，还需要继续学习呀。
