面试题：C语言多线程服务器中定时器与线程同步问题

可能出现的线程同步问题

数据竞争：多个线程同时访问和修改定时器相关数据，可能导致数据不一致。例如，一个线程在更新定时器的时间，另一个线程同时读取该定时器时间，可能读到未完全更新的数据。
竞态条件：由于线程执行顺序的不确定性，可能会导致程序出现非预期的行为。比如，一个线程检查定时器是否到期，然后准备执行相关任务，但在检查和执行任务之间，另一个线程修改了定时器状态，导致错误执行。

使用互斥锁和条件变量解决问题的思路

互斥锁（pthread_mutex_t）：用于保护共享数据，确保同一时间只有一个线程可以访问和修改定时器数据。在访问和修改定时器数据前，线程必须先获取互斥锁，操作完成后释放互斥锁。
条件变量（pthread_cond_t）：用于线程间的同步，当定时器满足某个条件（如到期）时，通知等待在条件变量上的线程。一个线程在等待定时器满足条件时，会释放互斥锁并阻塞在条件变量上，当条件满足时，由其他线程唤醒该线程，该线程重新获取互斥锁后继续执行。

关键代码片段

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

// 定义定时器数据结构
typedef struct {
    int time;
    int is_expired;
} Timer;

Timer timer;
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

// 模拟定时器更新线程
void* update_timer(void* arg) {
    while (1) {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        // 更新定时器数据
        timer.time--;
        if (timer.time <= 0) {
            timer.is_expired = 1;
            // 定时器到期，通知等待的线程
            pthread_cond_signal(&cond);
        }
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        // 模拟其他操作
        sleep(1);
    }
    return NULL;
}

// 模拟定时器检查线程
void* check_timer(void* arg) {
    while (1) {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        // 等待定时器到期
        while (!timer.is_expired) {
            pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
        }
        // 定时器到期，执行相关任务
        printf("Timer expired, do something.\n");
        timer.is_expired = 0;
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        // 模拟其他操作
        sleep(1);
    }
    return NULL;
}

int main() {
    timer.time = 5;
    timer.is_expired = 0;

    pthread_t tid1, tid2;
    pthread_create(&tid1, NULL, update_timer, NULL);
    pthread_create(&tid2, NULL, check_timer, NULL);

    pthread_join(tid1, NULL);
    pthread_join(tid2, NULL);

    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    pthread_cond_destroy(&cond);

    return 0;
}

在上述代码中：

update_timer 函数模拟定时器更新线程，每次更新定时器数据时先获取互斥锁，更新完成后释放互斥锁。当定时器到期时，发送条件变量信号。
check_timer 函数模拟定时器检查线程，在等待定时器到期时，先获取互斥锁，然后在条件变量上等待，被唤醒后执行相关任务，最后释放互斥锁。
main 函数初始化定时器数据、互斥锁和条件变量，创建并启动两个线程，最后等待线程结束并销毁互斥锁和条件变量。

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