面试题：C语言Linux文件异步操作的线程安全

线程安全问题

文件描述符竞争：多个线程可能同时尝试操作同一个文件描述符，导致读写混乱。例如，一个线程在写文件时，另一个线程可能同时进行读操作或者也进行写操作，破坏数据的一致性。
文件指针混乱：每个线程可能独立地移动文件指针，使得文件操作顺序混乱。例如，一个线程刚定位到文件某位置准备读取，另一个线程可能将文件指针移动到其他位置。
元数据更新冲突：在对文件属性（如文件大小、权限等）进行更新时，多个线程同时操作可能导致数据不一致。比如一个线程更新文件大小，另一个线程也在同时更新，最终的文件大小可能不正确。

同步机制解决方法

互斥锁：互斥锁用于保证在同一时刻只有一个线程能够访问共享资源。在文件操作中，将对文件的操作（读写、定位等）放在互斥锁保护的临界区中。
信号量：信号量可以控制同时访问共享资源的线程数量。在文件操作场景下，可以设置信号量的初始值为1，这样每次只有一个线程能获取信号量从而访问文件，达到与互斥锁类似的效果，但信号量更灵活，可设置允许多个线程同时访问（例如设置为2，允许两个线程同时操作文件）。

代码示例（以互斥锁为例）

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

// 定义互斥锁
pthread_mutex_t mutex;

// 线程函数
void* write_to_file(void* arg) {
    int fd = *((int*)arg);
    const char* message = "Hello from thread\n";

    // 加锁
    pthread_mutex_lock(&mutex);

    // 写入文件
    write(fd, message, strlen(message));

    // 解锁
    pthread_mutex_unlock(&mutex);

    return NULL;
}

int main() {
    int fd;
    pthread_t tid1, tid2;

    // 初始化互斥锁
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);

    // 打开文件
    fd = open("test.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        return 1;
    }

    // 创建两个线程
    pthread_create(&tid1, NULL, write_to_file, &fd);
    pthread_create(&tid2, NULL, write_to_file, &fd);

    // 等待线程结束
    pthread_join(tid1, NULL);
    pthread_join(tid2, NULL);

    // 关闭文件
    close(fd);

    // 销毁互斥锁
    pthread_mutex_destroy(&mutex);

    return 0;
}

代码解释

互斥锁定义与初始化：pthread_mutex_t mutex;定义了一个互斥锁变量mutex，pthread_mutex_init(&mutex, NULL);对其进行初始化。
线程函数：write_to_file函数是线程执行的函数，接收一个文件描述符作为参数。在函数内部，首先通过pthread_mutex_lock(&mutex);加锁，确保在写入文件操作时，其他线程不能同时访问文件。写入操作完成后，通过pthread_mutex_unlock(&mutex);解锁。
主线程：在main函数中，打开文件获取文件描述符。然后创建两个线程，这两个线程都会调用write_to_file函数对文件进行写入操作。等待两个线程执行完毕后，关闭文件并销毁互斥锁。通过这种方式，利用互斥锁保证了文件操作的线程安全性。

星途面试题库

面试题：C语言Linux文件异步操作的线程安全

知识考点

面试题答案

线程安全问题

同步机制解决方法

代码示例（以互斥锁为例）

代码解释