并发与进程

C 标准库本身线程支持有限（C11 <threads.h> 普及度不一），POSIX pthread 是 Linux/macOS 常见方案。对照 /roadmaps/c，本课介绍线程、互斥锁与原子操作入门。

学习目标

• 理解进程与线程的区别
• 用 pthread 创建线程并 join
• 用 mutex 保护共享数据
• 了解 _Atomic 的基本用法

核心概念

pthread 与互斥锁

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

#define NUM_THREADS 4
#define INCREMENTS  100000

static pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
static long counter = 0;

static void *worker(void *arg) {
    long id = (long)arg;
    for (int i = 0; i < INCREMENTS; i++) {
        pthread_mutex_lock(&mtx);
        counter++;
        pthread_mutex_unlock(&mtx);
    }
    printf("thread %ld done\n", id);
    return NULL;
}

int main(void) {
    pthread_t threads[NUM_THREADS];

    for (long t = 0; t < NUM_THREADS; t++) {
        if (pthread_create(&threads[t], NULL, worker, (void *)t) != 0) {
            perror("pthread_create");
            return 1;
        }
    }

    for (int t = 0; t < NUM_THREADS; t++) {
        pthread_join(threads[t], NULL);
    }

    printf("counter=%ld (expected %d)\n",
           counter, NUM_THREADS * INCREMENTS);

    /* C11 原子（可选） */
    _Atomic int atomic_val = 0;
    atomic_val++;
    printf("atomic_val=%d\n", atomic_val);

    return 0;
}

编译（Linux/macOS）：

gcc -std=c11 -pthread concurrent.c -o concurrent

要点

概念	说明
进程	独立地址空间，fork/exec 创建
线程	共享地址空间，需同步
mutex	互斥锁，保护临界区
数据竞争	未同步的并发写是未定义行为

Windows 用 _beginthreadex 或 pthreads-win32 移植层；生产环境可选线程池库。

与 C++/Java 对照

方面	C (pthread)	C++	Java
线程 API	pthread	std::thread	Thread / 虚拟线程
同步	mutex、sem	mutex、atomic	synchronized、Lock
原子	_Atomic	std::atomic	AtomicInteger
线程池	需第三方	标准库有限	ExecutorService
内存模型	依赖实现	C++11 起标准化	JMM

Java 并发库更完整；C 程序员需显式管理锁与生命周期，错误更难排查。

练习

• 创建 2 个线程分别打印消息，主线程 join
• 去掉示例中的 mutex，观察 counter 结果为何不对
• 用 _Atomic long 重写计数器，对比 mutex 方案
• 说明进程与线程在内存隔离上的差异

小结

共享数据必同步；pthread + mutex 是 Unix 系 C 并发入门。 下一课学习调试与测试。