面试题：C语言定时器在多线程环境下的应用与问题解决

可能出现的竞态条件和同步问题

定时器创建冲突：多个线程同时调用 timer_create() 创建定时器时，可能导致资源分配冲突。
定时器操作冲突：例如一个线程在取消定时器时，另一个线程可能正在启动或修改该定时器，导致数据不一致。

解决方案

互斥锁（Mutex）：用于保护共享资源，确保同一时间只有一个线程可以访问。
条件变量（Condition Variable）：用于线程间的同步，使线程在特定条件满足时才进行操作。

代码示例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <signal.h>
#include <time.h>
#include <sys/timerfd.h>

pthread_mutex_t timer_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t timer_cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
timer_t global_timer;
int timer_cancel_requested = 0;

void* timer_operation(void* arg) {
    struct itimerspec new_value;
    new_value.it_value.tv_sec = 2;
    new_value.it_value.tv_nsec = 0;
    new_value.it_interval.tv_sec = 2;
    new_value.it_interval.tv_nsec = 0;

    pthread_mutex_lock(&timer_mutex);
    if (timer_cancel_requested) {
        pthread_mutex_unlock(&timer_mutex);
        pthread_exit(NULL);
    }

    if (timer_create(CLOCK_REALTIME, NULL, &global_timer) == -1) {
        perror("timer_create");
        pthread_mutex_unlock(&timer_mutex);
        pthread_exit(NULL);
    }

    if (timer_settime(global_timer, 0, &new_value, NULL) == -1) {
        perror("timer_settime");
        pthread_mutex_unlock(&timer_mutex);
        pthread_exit(NULL);
    }
    pthread_mutex_unlock(&timer_mutex);

    // 模拟其他定时器相关操作
    sleep(5);

    pthread_mutex_lock(&timer_mutex);
    if (timer_delete(global_timer) == -1) {
        perror("timer_delete");
    }
    pthread_mutex_unlock(&timer_mutex);

    pthread_exit(NULL);
}

void* cancel_timer(void* arg) {
    sleep(3);
    pthread_mutex_lock(&timer_mutex);
    timer_cancel_requested = 1;
    pthread_cond_signal(&timer_cond);
    pthread_mutex_unlock(&timer_mutex);

    pthread_exit(NULL);
}

int main() {
    pthread_t thread1, thread2;

    if (pthread_create(&thread1, NULL, timer_operation, NULL) != 0) {
        perror("pthread_create");
        return 1;
    }

    if (pthread_create(&thread2, NULL, cancel_timer, NULL) != 0) {
        perror("pthread_create");
        return 1;
    }

    if (pthread_join(thread1, NULL) != 0) {
        perror("pthread_join");
        return 1;
    }

    if (pthread_join(thread2, NULL) != 0) {
        perror("pthread_join");
        return 1;
    }

    pthread_mutex_destroy(&timer_mutex);
    pthread_cond_destroy(&timer_cond);

    return 0;
}

在上述代码中：

互斥锁 timer_mutex：保护 global_timer 和 timer_cancel_requested 等共享资源，确保在对其进行操作时不会发生竞态条件。
条件变量 timer_cond：在 cancel_timer 线程设置取消标志后，通过 pthread_cond_signal 通知 timer_operation 线程，使其在合适的时机检查并处理取消请求。这样可以确保在一个线程取消定时器时，不会影响其他线程对定时器的正常操作。

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