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同步与竞态条件

Q: 「同步与竞态条件」这节课中我会学到什么？

实现互斥锁和信号量，安全地管理共享资源 你通过在浏览器中直接运行的动手代码来练习 C Academy，全天候 AI 导师会在你学习这节课的过程中回答你的问题。

实现互斥锁和信号量，安全地管理共享资源

第 3 / 3 课10 个步骤

同步与竞态条件 是 CoddyKit 上的免费 C Academy 课时。这是第 3 节课，共 3 节。你可以在下方免费阅读本课时的完整内容 — 然后在浏览器中使用内置代码编辑器和全天候 AI 导师进行实践。这是 C Academy 学习路径的一部分，你的进度在网页和 CoddyKit 应用中同步。 C Academy 课程共包含 3 节课。

同步和竞态条件

当多个线程访问共享资源时，可能会发生竞态条件，从而导致不可预测的结果。

在本课中，您将学习：

竞态条件是什么，以及它们如何发生。
如何使用互斥锁防止竞态条件。
信号量如何帮助管理共享资源。

什么是竞态条件

当多个线程同时访问共享数据，导致不可预测的行为时，就会发生竞态条件。

示例：

两个线程尝试更新一个全局计数器。
由于相互干扰，最终值可能不正确。

示例：多线程中的竞态条件

此程序演示多个线程修改共享变量时产生的竞态条件。

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

int counter = 0;

void *incrementCounter(void *arg) {
    for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
        counter++;
    }
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t t1, t2;
    pthread_create(&t1, NULL, incrementCounter, NULL);
    pthread_create(&t2, NULL, incrementCounter, NULL);
    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);
    printf("Final counter value: %d\n", counter);
    return 0;
}

使用互斥锁防止竞态条件

互斥锁（互相排斥）确保同一时间只有一个线程访问资源。

互斥锁函数：

pthread_mutex_init() - 初始化互斥锁。
pthread_mutex_lock() - 锁定互斥锁。
pthread_mutex_unlock() - 解锁互斥锁。
pthread_mutex_destroy() - 销毁互斥锁。

示例：使用互斥锁防止竞态条件

此程序使用互斥锁控制对共享计数器的访问，从而解决竞态条件。

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

int counter = 0;
pthread_mutex_t lock;

void *incrementCounter(void *arg) {
    for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
        pthread_mutex_lock(&lock);
        counter++;
        pthread_mutex_unlock(&lock);
    }
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t t1, t2;
    pthread_mutex_init(&lock, NULL);
    pthread_create(&t1, NULL, incrementCounter, NULL);
    pthread_create(&t2, NULL, incrementCounter, NULL);
    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);
    pthread_mutex_destroy(&lock);
    printf("Final counter value: %d\n", counter);
    return 0;
}

什么是信号量

信号量是一种用于控制资源访问的计数器。

主要函数：

sem_init() - 初始化信号量。
sem_wait() - 减小信号量的值。
sem_post() - 增大信号量的值。
sem_destroy() - 销毁信号量。

示例：使用信号量进行同步

此程序使用信号量管理对共享资源的访问。

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>

sem_t sem;

void *task(void *arg) {
    sem_wait(&sem);
    printf("Thread %d is executing\n", *(int *)arg);
    sem_post(&sem);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t t1, t2;
    int id1 = 1, id2 = 2;
    sem_init(&sem, 0, 1);
    pthread_create(&t1, NULL, task, &id1);
    pthread_create(&t2, NULL, task, &id2);
    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);
    sem_destroy(&sem);
    return 0;
}

线程同步最佳实践

要避免竞态条件：

使用互斥锁保护共享变量。
使用信号量管理资源。
在可能的情况下，尽量减少共享资源的使用。

总结

在本课中，您学习了：

竞态条件是什么，以及它们如何发生。
如何使用互斥锁防止竞态条件。
信号量如何帮助管理对共享资源的访问。

至此，C 语言中的多线程与并发部分就结束了！

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常见问题解答

「同步与竞态条件」课时是免费的吗？

是的 — 「同步与竞态条件」的完整文本可在网页上免费阅读。要进行交互式练习（内置代码编辑器和全天候 AI 导师）并解锁 C Academy 课程的其余内容，请升级到 CoddyKit PRO。 C Academy 课程共包含 3 节课。

「同步与竞态条件」这节课中我会学到什么？

实现互斥锁和信号量，安全地管理共享资源你通过在浏览器中直接运行的动手代码来练习 C Academy，全天候 AI 导师会在你学习这节课的过程中回答你的问题。

学习 C Academy 需要有经验吗？

无需任何先前经验。CoddyKit 上的 C Academy 课程适合初学者到高级学习者，你可以从这里开始或从头开始，按照自己的节奏学习。这是第 3 节课，共 3 节。

「同步与竞态条件」课时需要多长时间？

大多数 CoddyKit 课程大约需要 5–10 分钟。每节课都很精短且互动，所以你能稳步进步，并在网页和应用中从离开的地方继续。

我能在这节 C Academy 课中编写并运行代码吗？

能。每节 C Academy 课都包含内置代码编辑器，你可以在浏览器中直接编写并运行真实代码，并获得即时 AI 反馈 — 无需本地设置。

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