一、前言前面学习了线程相关概念之后大概了解了线程是怎么运作的。而线程间同步就是为了解决按什么顺序执行线程按什么节奏执行线程防止他们乱更改全局变量。线程间通信则是为了解决线程间的通信和数据交流减少需要的全局变量防止代码耦合度过高。其实我感觉两者差别不大都是为了让线程能够有序高效按照我们想法来运行。二、为什么需要线程同步问题1我们看下面的代码//使用伪代码举例 /* 两个线程都要操作同一个全局变量 */ int counter 0; void thread_A(void *param) { for (int i 0; i 1000; i) counter; /* 底层是 3 步读→加→写回 */ } void thread_B(void *param) { for (int i 0; i 1000; i) counter; /* 底层同样是 3 步 */ }我们可能下意识的会因为counter最后是2000但是其实不是应该是在1000~2000之内的随机数。因为在counter中转换成汇编代码执行的是3句语句LDR R0, [counter] ; ① 读ADD R0, #1 ; ② 加STR R0, [counter] ; ③ 写回当线程A正在执行counter的第一或者第二步的时候被切换到线程2了就会出现counter更改后的值没有写回的情况导致B读到的是旧值出现少 “” 一次的情况。问题2假设线程A是一个读取dht11温湿度数据的线程并把它写入全局变量里线程B就负责读取全局变量里的温湿度数据然后显示在OLED上中间会出什么问题呢我们看下面的代码//使用伪代码举例 struct sensor_packet { uint32_t timestamp; /* 4 字节 */ float temp; /* 4 字节 */ float humi; /* 4 字节 */ }; static struct sensor_packet g_pkt; /* 线程A接dht11传感器数据整体更新 */ void recv_thread(void *param) { struct sensor_packet new_data; while (1) { recv_from_sensor(new_data); /* 数据赋值给全局变量*/ g_pkt.timestamp new_data.timestamp; g_pkt.temp new_data.temp; /*还没来得及赋值完就被切换到线程B了*/ g_pkt.humi new_data.humi; } } /* 线程B显示数据 */ void display_thread(void *param) { while (1) { /* 前面没有更新数据会显示新数据与旧数据的错乱搭配 */ show(g_pkt.timestamp, g_pkt.temp, g_pkt.humi); rt_thread_mdelay(100); } }可以看到前2个例子都是因为读取数据和处理数据的2个线程经常切换就导致数据混乱或者传输出问题。所以为了解决这些问题最好是让线程们按顺序来执行我现读取数据你再处理数据或者说我先处理完数据你才能处理数据不能一起处理数据导致数据出问题。问题3优先级反转—— 高优先级线程被卡死这是 RT-Thread 文档里专门讲的问题。假设我们有3个线程锁之后会讲到大概意思就是高优先级线程需要低优先级线程给他锁他才能进行但是低优先级线程被不需要锁的中优先级线程卡住了导致锁一直给不出来就导致高优先级线程一直不能运行出现高优先级线程要等待中优先线程的现象——也就是优先级反转。这也是需要线程同步来解决的问题。三个线程高优先级 H需要访问共享资源比如要拿锁中优先级 M不需要锁只是一直在跑 CPU 任务低优先级 L持有了锁但执行很慢时间线1. L 拿到锁开始执行2. H 就绪抢占 L不行L 拿着锁 → H 去等 L 释放锁3. M 就绪抢占 LM 优先级比 L 高且 M 不需要锁→ L 被挂起4. 现在H 在等 LL 被 M 抢占M 一直跑 → H 被 M 间接卡住了明明 H 优先级最高却要等 M 跑完总的来说如果没有线程同步来规范各线程的执行顺序或者读取全局变量时的规范会出现很多意想不到的错误。所以就引出了线程同步的方式信号量、互斥量、事件集后续文章详解三、为什么需要线程通信还是之前的背景假设线程A负责采集dht11的温湿度数据线程B负责拿到数据之后显示在OLED上。我们之前分析过数据会因为线程切换和使用公共全局变量导致显示错乱//使用伪代码举例 struct sensor_packet { uint32_t timestamp; /* 4 字节 */ float temp; /* 4 字节 */ float humi; /* 4 字节 */ }; static struct sensor_packet g_pkt; /* 线程A接dht11传感器数据整体更新 */ void recv_thread(void *param) { struct sensor_packet new_data; while (1) { recv_from_sensor(new_data); /* 数据赋值给全局变量*/ g_pkt.timestamp new_data.timestamp; g_pkt.temp new_data.temp; /*还没来得及赋值完就被切换到线程B了*/ g_pkt.humi new_data.humi; } } /* 线程B显示数据 */ void display_thread(void *param) { while (1) { /* 前面没有更新数据会显示新数据与旧数据的错乱搭配 */ show(g_pkt.timestamp, g_pkt.temp, g_pkt.humi); rt_thread_mdelay(100); } }那为什么我们不直接跳过公共变量了直接让2个线程通信呢线程A获取数据之后类比发串口信息一样直接发送给线程B这样不会依赖全局变量啦至于线程切换导致数据混乱的问题现在线程A不给线程B发数据就算切换到B也没有用线程B只能苦苦挂起线程A发送数据之后才能显示在屏幕上顺便还解决了这个问题//使用伪代码举例 /* 定义数据类型 */ typedef struct { int temp; int humi; int time; } sensor_data_t; /* 线程 A读取数据 */ void thread_A(void *param) { sensor_data_t d; while (1) { d.temp read_temp(); d.humi read_humi(); d.time rt_tick_get(); data_send( d, sizeof(d)); rt_thread_mdelay(10); } } /* 线程 B处理数据*/ void thread_B(void *param) { sensor_data_t d; while (1) { //接收数据接收不到就一直挂起等待 data_recv(d, sizeof(d),WAITING_FOREVER); /* 拿到的是完整的一份新数据 */ lcd_show(d.temp, d.humi, d.time); } }而线程通信的方式有三种邮箱消息队列、信号注意不是信号量不一样后续章节会详细介绍的四、总结本章节主要讲了线程同步和线程通信是什么为什么需要这2个东西他们能解决什么问题这样接下来真正学习线程同步与线程通信时才能带着理解带着目的进行而不是看了半天还是不懂信号量、互斥量是干嘛的解决了什么为什么需要这些量