當多個線程共享相同的內存時，需要確保每個線程看到一致的數據視圖，當多個線程同時去修改這片內存時，就可能出現偏差，得到與預期不符合的值。為啥需要同步，一件事情邏輯上一定是有序的，即使在并發環境下；而操作系統對于多線程不會自動幫我們串行化，所以需要我們通過操作系統提供的同步方式api，結合自己的業務邏輯，利用多線程提高性能的同時，保證業務邏輯的正確性。一般而言，linux下同步方式主要有4種，原子鎖，互斥量，讀寫鎖和條件變量。下面一一介紹幾種同步方式。

1. spinlock

1) 概念

spinlock是一種互斥結構，通過CPU提供的特殊的原子指令集合實現互斥地訪問一個資源，需要硬件支持。一個線程訪問數據未結束的時候，其他線程不得對同一個數據進行訪問。

2) 實現

spinlock一般基于原子的read-modify-write操作實現。read-modify-write操作允許一個CPU讀取一個值，修改該值，并將修改完成的值回寫內存的三個操作作為一個原子總線操作，因此需要CPU特殊支持。具體而言，通過test-and-set指令實現，從內存中讀取一個值，然后和0比較，并且將內存中的值設置為1。

3) 相關函數

a) 原子操作

1   test_and_set(volatile int* addr, value)2   {           3         return os_atomic_test_and_set_int(addr,value);4    }

這里volatile修飾詞告訴編譯器從內存中獲取，保證正確性，避免從寄存器中讀取到不準確的值。

b) 設置鎖變量

 1 set_spinlock(lock_Word) 2 { 3          int i = 0; 4          int value; 5          while (true) 6          { 7               value = test_and_set(&lock_word, 1); 8               if (value == 0) //尚未被占用，可以獲取 9                      break;10               else   //已經被其他線程占用,繼續輪轉11                     do nothing12          }13 }

c) 重置鎖變量

1 reset_spinlock(lock_word)2 {3    test_and_set (lock_word, 0);4 }

2. mutex

1) 概念

與 spinlock作用相同，保證互斥地訪問一個資源。

2) 相關函數

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex)

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex)

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex)

pthread_mutex_trylock()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。

3) spinlock與mutex的區別

a) 作用范圍，mutex是內核對象，可以在多線程，多進程同步中使用；spinlock作用范圍僅限于本進程(鎖變量是進程內的)，僅適用于多線程同步。

b) spinlock依賴于硬件的原子操作指令

c) 線程獲取spinlock失敗時，會采取循環等待的方式，此時線程處于運行狀態，CPU空轉；而獲取mutex失敗時，線程會掛起，線程處于wait狀態，不會被內核調度。

d) 由于3的特點，進入等待狀態或從等待狀態被喚醒，都涉及到CPU的上下文切換，而CPU切換是比較耗時的，一般需要25us。相對而言spinlock則沒有這樣的代價，效率更高。

e) 也由于3的特點，spinlock會空轉，導致浪費大量的CPU時間片，若用戶持有鎖時間長，導致空轉時間長，也得不償失。因此spinlock比較適合于“快拿快放”的使用場景。

3.讀寫鎖

1) 概念

spinlock和互斥量都是保證同一時刻只有一個線程操作共享內存。互斥鎖要么是加鎖狀態，要么是不加鎖狀態，一次只有一個線程可以對其加鎖。讀寫所可以有3種狀態，讀模式下加鎖狀態，寫模式下加鎖狀態，不加鎖狀態。相對于前兩者，讀寫鎖有更高的并發度，允許多個線程同時讀共享內存。

2) 相關函數

pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t*); 讀鎖定

pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t*); 非阻塞讀鎖定

pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t*); 寫鎖定

pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t*); 非阻塞寫鎖定

pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t*); 釋放鎖

4.條件變量

1) 概念

條件變量是另外一種同步機制，通過與互斥鎖配合使用，利用鎖保護條件變量，通過條件變量實現喚醒和等待的機制。通過這種方式，允許線程以無競爭的方式等待特定的條件發生

2) 相關函數

intpthread_cond_signal(pthread_cond_t*cond); //喚醒等待條件某個線程

intpthread_cond_broadcast(pthread_cond_t*cond);//喚醒等待條件所有線程

intpthread_cond_wait(pthread_cond_t*cond,pthread_mutex_t*mutex);//等待條件發生。

3) 說明

調用pthread_cond_wait之前，需要線程獲取互斥量，調用者把互斥量傳遞給函數，函數把調用線程發到等待隊列上，然后對互斥量解鎖，這個操作是原子操作。當pthread_cond_wait返回時，互斥量會再次被鎖住，這個實現都在pthread_cond_wait函數中實現，不需要用戶邏輯介入。