5.3 多线程冲突了怎么办？
竞争与协作
多个线程如果竞争共享资源，如果不采取有效的措施，则会造成共享数据的混乱。
比如循环打印数字，出现数据不一致问题。
竞争条件（race condition）：：多线程相互竞争操作共享变量时，在执行过程中发生了上下文切换，得到了错误的结果，且每次运行都可能得到不同的结果，因此输出的结果存在不确定性（indeterminate）。
临界区（critical section）：它是访问共享资源的代码片段，一定不能给多线程同时执行。
互斥（mutualexclusion）：也就说保证一个线程在临界区执行时，其他线程应该被阻止进入临界区
同步：就是并发进程/线程在一些关键点上可能需要互相等待与互通消息，这种相互制约的等待与互通信息称为进程/线程同步。
注意，同步与互斥是两种不同的概念：
- 同步就好比：「操作 A 应在操作 B 之前执行」，「操作 C 必须在操作 A 和操作 B 都完成之后才能执行」等；
- 互斥就好比：「操作 A 和操作 B 不能在同一时刻执行」；
互斥与同步的实现和使用
主要的方法有两种：
- 锁：加锁、解锁操作；
- 信号量：P、V 操作；
这两个都可以方便地实现进程/线程互斥，而信号量比锁的功能更强一些，它还可以方便地实现进程/线程同步。
锁
使用加锁操作和解锁操作可以解决并发线程/进程的互斥问题。
任何想进入临界区的线程，必须先执行加锁操作。若加锁操作顺利通过，则线程可进入临界区；在完成对临界资源的访问后再执行解锁操作，以释放该临界资源。
根据锁的实现不同，可以分为。
忙等待锁（自旋锁）：获取不到锁时，线程就会一直 while 循环，不做任何事情
- 单CPU上需要抢占调度，因为在单 CPU 上无法使用，因为一个自旋的线程永远不会放弃 CPU
无等待锁：当没获取到锁的时候，就把当前线程放入到锁的等待队列，然后执行调度程序，把 CPU 让给其他线程执行。
信号量
通常信号量表示资源的数量，对应的变量是一个整型（sem）变量。
另外，还有两个原子操作的系统调用函数来控制信号量的，分别是：
P 操作：将
sem减1，相减后，如果sem < 0，则进程/线程进入阻塞等待，否则继续，表明 P 操作可能会阻塞；- P 操作是用在进入临界区之前
V 操作：将
sem加1，相加后，如果sem >= 0，唤醒一个等待中的进程/线程，表明 V 操作不会阻塞；- V 操作是用在离开临界区之后
PV 操作的函数是由操作系统管理和实现的，所以操作系统已经使得执行 PV 函数时是具有原子性的。
想要实现互斥要为每类共享资源设置一个信号量
s，其初值为1如果互斥信号量为 1，表示没有线程进入临界区；
如果互斥信号量为 0，表示有一个线程进入临界区；
如果互斥信号量为 -1，表示一个线程进入临界区，另一个线程等待进入。
信号量实现事件同步，设置一个信号量，其初值为
0- 一个通过P操作之后等待其他的V操作之后执行
- V操作之后通知P操作执行
生产者 - 消费者问题
生产者 - 消费者问题描述：
- 生产者在生成数据后，放在一个缓冲区中；
- 消费者从缓冲区取出数据处理；
- 任何时刻，只能有一个生产者或消费者可以访问缓冲区；
我们对问题分析可以得出：
- 任何时刻只能有一个线程操作缓冲区，说明操作缓冲区是临界代码，需要互斥；
- 缓冲区空时，消费者必须等待生产者生成数据；缓冲区满时，生产者必须等待消费者取出数据。说明生产者和消费者需要同步。
那么我们需要三个信号量，分别是：
- 互斥信号量
mutex：用于互斥访问缓冲区，初始化值为 1； - 资源信号量
fullBuffers：用于消费者询问缓冲区是否有数据，有数据则读取数据，初始化值为 0（表明缓冲区一开始为空）； - 资源信号量
emptyBuffers：用于生产者询问缓冲区是否有空位，有空位则生成数据，初始化值为 n（缓冲区大小）；
经典同步问题
哲学家就餐问题
先来看看哲学家就餐的问题描述：
5个老大哥哲学家，闲着没事做，围绕着一张圆桌吃面；- 巧就巧在，这个桌子只有
5支叉子，每两个哲学家之间放一支叉子； - 哲学家围在一起先思考，思考中途饿了就会想进餐；
- 奇葩的是，这些哲学家要两支叉子才愿意吃面，也就是需要拿到左右两边的叉子才进餐；
- 吃完后，会把两支叉子放回原处，继续思考；
解法一
- 偶数位置先拿左边再拿右边，奇数位置先拿右边再拿左边，可以两人同时进餐。
解法二
- 每次只能有一个人能拿叉子，每次只能一个人进餐
解法三
- 每次每个人只有左右两侧都没有人拿叉子的时候立马拿起两个叉子，可以两人同时进餐
解法四
- 每个人先拿起右侧叉子再拿起左侧叉子，会出现死锁，满足四个条件
读者 - 写者问题
读写锁问题：通过读写互斥、写写互斥、读读兼容实现