1. 进程与线程

并发编程涉及在同一时间执行多个任务。在C语言中，这通常通过进程和线程来实现。进程是操作系统的基本执行单位，而线程是进程内的执行单元。

#include <unistd.h>#include <pthread.h>

2. 进程创建

使用fork()系统调用可以创建一个新的进程，这个新进程是调用进程的副本。

pid_t pid = fork();if (pid == 0) { // 子进程代码} else if (pid > 0) { // 父进程代码} else { // 创建失败}fork()返回0表示在子进程中，返回大于0表示在父进程中，返回-1表示创建失败。

3. 线程创建

使用pthread_create()函数可以创建一个新的线程。

pthread_t thread_id;int ret = pthread_create(&thread_id, NULL, thread_function, NULL);if (ret != 0) { // 创建失败}pthread_create()成功时返回0，失败时返回错误码。

4. 线程同步

当多个线程需要访问共享资源时，需要同步机制来避免竞态条件。

4.1 互斥锁

互斥锁（Mutex）是一种常用的同步机制，它可以确保同一时刻只有一个线程访问共享资源。

pthread_mutex_t lock;pthread_mutex_init(&lock, NULL);pthread_mutex_lock(&lock);// 临界区代码pthread_mutex_unlock(&lock);pthread_mutex_destroy(&lock);

4.2 条件变量

条件变量（Condition Variable）允许线程在某些条件不满足时挂起，直到条件满足时被唤醒。

pthread_cond_t cond;pthread_cond_init(&cond, NULL);pthread_mutex_lock(&lock);while (condition_is_false) { pthread_cond_wait(&cond, &lock);}// 条件满足时的代码pthread_mutex_unlock(&lock);pthread_cond_signal(&cond); // 唤醒一个等待的线程pthread_cond_broadcast(&cond); // 唤醒所有等待的线程pthread_cond_destroy(&cond);

5. 线程池

线程池是一种用于管理和复用线程的机制，它减少了线程创建和销毁的开销，提高了程序的性能。

typedef struct { pthread_mutex_t lock; pthread_cond_t notify; pthread_t *threads; int thread_count; int queue_size; int head, tail, count; struct work *queue;} thread_pool;

6. 锁优化

在某些情况下，可以通过锁优化来减少锁的开销，提高程序的性能。例如，使用读写锁（Read-Write Lock）允许多个读线程同时访问共享资源。

pthread_rwlock_t rwlock;pthread_rwlock_init(&rwlock, NULL);pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);// 读操作代码pthread_rwlock_unlock(&rwlock);pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);// 写操作代码pthread_rwlock_unlock(&rwlock);pthread_rwlock_destroy(&rwlock);

7. 死锁

死锁是两个或多个线程永久地等待对方释放锁的状态。为避免死锁，需要合理地设计锁的获取顺序，并尽量减少锁的持有时间。

8. 并发数据结构

并发编程中经常需要使用特殊的数据结构，如并发队列、并发哈希表等，这些数据结构内部实现了线程安全的操作。

9. 性能考量

并发编程需要考虑线程间的负载均衡、避免过度上下文切换、减少锁竞争等因素，以提高程序的整体性能。

10. 异步编程

异步编程是一种编程范式，它允许程序在等待某些操作完成时继续执行其他任务，从而提高程序的响应性和效率。

// 使用异步I/O库，如libuv

总结

并发编程是C语言编程中非常重要的一部分，掌握并发编程的高级技巧对于成为一名优秀的C语言程序员至关重要。通过本篇文章，我们了解到了进程与线程、进程创建、线程创建、线程同步、线程池、锁优化、死锁、并发数据结构、性能考量和异步编程。