本篇文章，继续来和大家分享与Linux相关的知识。本次的内容主要会涉及到锁的使用，锁的原理，锁的封装以及线程安全。
锁的使用
要解决多线程并发访问，导致的数据不一致问题。需要使用锁。那怎么使用锁呢？有两种方式。第一种是定义一个局部的锁；然后，使用pthread_mutex_init初始化；用完之后，用pthread_mutex_destroy进行销毁。第二种是定义一个全局的锁，使用宏进行初始化，不需要使用函数pthread_mutex_destroy销毁锁。
第一种
我们先来演示第一种方法：
我们需要让所有线程申请同一把锁。那怎么让所有线程看到的是同一把锁呢？我们可以在主线程创建一个局部锁，然后，传给其他线程。
明确了思路，我们直接在我们之间写的模拟抢票程序上做修改。
锁我们已经定义好了，怎么去加锁，解锁呢？使用pthread_mutex_lock和pthread_mutex_unlock函数。
具体使用如下：
加锁成功之后，我们把tickets共享资源称之为临界资源。而访问临界资源的那一小块代码，我们称之为临界区。
以下三点是我们需要知道的：
一：加锁的本质是用时间来换取安全。
二：加锁的表现是线程对于临界区代码串行执行。
三：加锁的原则是尽量的要保证临界区代码，越少越好。
为什么要保证临界区越小越好呢，锁是不是越多越好呢？线程执行临界区的代码，只能串行跑。线程默认是并发访问的，加锁多了，临界区增多，串行就增多了，会降低线程的并发度，进而降低效率。
现在，我们编译运行一下，我们的程序：
虽然抢票没有抢到负数的现象了，但抢票的线程好像只有thread-2。这是为什么呢？
这里引入一个VIP自习室的例子讲解。每次进入VIP自习室前，可以拿走自习室前桌子上的红色锁进入自习室。进入自习室后，可以用这个锁，把自习室的门锁住，避免别人来打扰。
由于来自习的人很多，但自习室很少。自习室外站了很多人。你写了很久的作业，想走了。你刚把锁放到桌子上，后悔了。又拿着锁回到了自习室。你的心情反复无常，你换锁，拿锁来回了好几次。别人依然拿不到锁，这是什么原因？就因为你离锁近，竞争力更强。
刚刚这个例子的竞争环境，我们可以理解为纯互斥环境。如果锁分配不合理，就容易导致其他人拿不到锁，进入自习室。如果我们把人理解成线程，那就是锁的分配不均，容易导致其他线程拿不到锁。我们把这个问题，称之为饥饿问题。
我们再回过头看程序的运行结果，就理解了为什么一直是thread-2在抢票。因为thread-2刚刚把锁放下，又拿了起来。
只有一个线程抢票，这是不是说明我们的代码有问题呢？并不是，我们的代码没有问题，只是逻辑上有问题。
根据生活实际看，抢完票后，会进行一些信息认证。这里我们可以简单的用usleep进行模拟。
编译运行，我们就能看到三个线程交互着票。
线程对于锁的访问一定是并发的，但不同的线程对于锁的竞争能力可能不同。如果一个线程的竞争能力，比较强，就可能造成饥饿问题。
那针对饥饿问题，我们该怎么解决呢？
自习室的观察员，观察了一下，发现这样下去不行。于是，定下了两条规矩：
1.外面来的，必须排队
2.出来的人，不能立马重新申请锁，必须排到队列的尾部
依照新规定，自习室外排起了长队，依次申请锁。我们把按照一定的顺序获取资源，称之为同步。
每个线程在进入临界区访问临界资源的时候，它的第一件事都必须是先申请同一把锁。大家都要申请锁，那锁不也是共享资源吗？
锁本身是共享资源。所以，申请锁和释放锁本身就是被设计成为了原子性操作（如何做到的？）
思考一个问题：在临界区中，线程可以被切换吗？
答案是可以被切换。为啥？因为锁还没被你释放。
我们还是拿刚刚自习室的例子来理解，你自习，自习，突然想上厕所，可以去吗？当然可以。去厕所解手的这个时间，别人能不能进自习室。不能。为啥？因为你去解手的这个过程，锁一直在你的身上，别人进不去。
我们站在等待人的视角看，对于我们，锁只有申请和释放两种状态。其他线程就相当于等待人，也就是其他线程只能看到申请锁和释放锁两种状态。而申请锁和释放锁，分别对应着，任务未开始做和任务已完成。如果一件事，只有未完成和已完成两种状态，要么不做，要做就是做完。那么我们就称，做这件事，是原子。
这样一来，通过加锁，就可以保证，我当前线程在访问临界区期间，对于其他线程来讲是原子的。
我们一开始的问题是，为什么加锁？->因为并发问题。->为什么会有并发问题？->因为使用多线程访问全局变量。->为什么用多线程？->提高并发度，但不想像创建进程那么重，而是通过线程的方式简单创建。
从一开始的加锁问题，延伸到多线程问题。我们会发现每解决一个问题，又会诞生新的问题。也就是说任何的解决方案，都会伴随着新的问题产生。至于是否继续解决新的问题，取决于问题是否影响我们。
第二种
我们来演示第二种使用锁的方式：
这种方式是定义一个全局的锁，使用宏来初始化。它既不需要pthread_mutex_destroy销毁锁，也不需要使用怕pthread_mutex_init进行初始化。
编译运行，效果是一样的。
锁的使用，我们了解完了。那它究竟做了什么呢？
锁的原理
我们知道tickets--不是原子的？会变成三条汇编语句。那什么是原子呢？我们可以简单理解为一条汇编语句就是原子的。
CPU中会有一条指令swap或exchange，它的作用是把寄存器和内存单元的数据相互交换。
加锁，解锁本质就是调用函数。那我们去理解加锁和解锁这两个函数呢？
早期的通用的寄存器，简称ax，只有16位。后来扩展成了32位，就叫eax（Extended Accumulator Register）。怎么扩展？再拼一个16位的寄存器。较低的16位，用al表示。ah表示较高的16。
这里为了方便理解，我们简单的认为al就是eax。锁其实就是一个mutex变量，它的内容为一。
假设线程1调用了，lock函数。第一步movb $0, %al，的作用就是将寄存器al的内容置零。第二步xchgb %al, mutex，的作用就是将寄存器al的内容和内存中的mutex进行交换。交换完成后，寄存器al中内容为1。mutex的内容为0。
这时候，很不巧，线程1被切换走了，它会把的上下文拿走，也就是把1拿走。
线程2来了，它先执行第一步movb $0, %al，将al寄存器的内容置0。再执行第二步xchgb %al, mutex，进行交换。交换之后，al的内容还是0。再往后走，线程2就被挂起了。
线程1回来了，它会先把自己的上下文，加载到寄存器。加载之后，al的内容为1，往后执行，就返回0。
交换数据的本质是，把内存中的数据，交换到CPU的寄存器中。而把数据的交换的寄存器中，实际上，是把数据交换到线程的硬件上下文中。线程的上下文是私有的。如此一来，把一个共享的锁，让线程以一个汇编的方式，交换到自己的上下文中。这个线程就持有锁了。
加锁的过程，我们理解了。那解锁怎么理解？
解锁其实就是把mutex的内容置1。
为什么解锁，不是在回来的时候调用xchgb把寄存器中的1置换到mutex中呢？谁说锁要非得自己解。这样设计是为了方便别人也可以帮我解锁。
锁的封装
我们可以对原生库的锁进行封装，做一个自己的锁。
在刚刚的抢票程序中，使用我们自己的锁。
编译运行，效果是一样的。C++底层锁的封装，采用的就是我们刚刚封装的方式。
线程安全
多个线程访问同一段代码不出问题，就叫做线程安全。
线程安全，描述的是线程。可重入，描述的是函数。我们学的库和函数，99%都是不可重入的。
更多细节，大家自己了解吧！
好了，到这里，我们本次的分享就到此结束了，不知道我有没有说明白，给予你一点点收获。关于更多和Linux相关的知识，会在后面的文章更新。如果你有所收获，别忘了给我点个赞，这是对我最好的回馈，当然你也可以在评论发表一下你的收获和心得，亦或者指出我的不足之处。如果喜欢我的分享，别忘了给我点关注噢。
