C 语言作为一门贴近底层的编程语言，本身并无原生线程库支持，无法像高级语言那样通过内置 API 实现便捷并发。其并发编程的实现，核心依赖于操作系统提供的底层 API 或专用嵌入式实时系统库，这种开发模式虽门槛较高，却具备资源占用低、执行效率高、可控性强的特点，尤其适用于 Linux 服务器开发、嵌入式实时系统、工控设备等对性能和资源有严格要求的场景。本文将从基础线程实现到核心同步互斥，再到嵌入式实时场景落地，全面拆解 C 语言并发编程的核心原理与实战技巧。
一、基础：基于 POSIX 线程（pthread）的并发实现
POSIX 线程（简称 pthread）是 Linux/Unix 环境下 C 语言并发编程的标准接口，也是最基础的并发实现方式，通过一套完整的 C 语言 API 实现线程的创建、管理、等待与销毁，是入门 C 语言并发编程的核心。
pthread 的核心使用流程分为线程定义、创建、业务实现与等待回收四个步骤。首先需要引入<pthread.h>头文件，该头文件封装了所有线程操作的函数与数据类型；随后定义线程执行函数，函数必须遵循void *(*thread_func)(void *)的签名格式，支持接收一个 void 类型参数并返回 void 类型结果，函数内部实现具体的线程业务逻辑；接着在主函数中通过pthread_t定义线程 ID，调用pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL)创建线程，该函数接收线程 ID、线程属性、执行函数、函数参数四个参数，默认属性传 NULL 即可；最后通过pthread_join(tid, NULL)等待子线程执行完毕并回收资源，避免线程成为僵尸线程导致资源泄漏。
需要注意的是，使用 pthread 库编译代码时，必须在 gcc/g++ 编译命令后添加-pthread参数，用于链接 pthread 库文件，否则会出现函数未定义的编译错误。这种方式能够快速实现多线程并发，充分利用多核 CPU 资源提升程序执行效率，是 Linux 环境下 C 语言并发编程的基础，但仅支持简单线程管理，复杂场景需配合同步互斥机制使用。
二、核心：线程同步与互斥，解决数据竞争问题
多线程并发的核心痛点是多个线程同时操作共享资源（如全局变量、公共缓冲区）时，会出现数据竞争（竞态条件），导致数据错乱、结果不一致等问题。pthread 库提供了完善的同步互斥机制，其中最常用的是互斥锁和信号量，用于保障共享资源操作的原子性和有序性。
互斥锁（pthread_mutex）是解决数据竞争的最基础工具，核心原理是通过 “加锁 - 操作 - 解锁” 的流程，确保同一时间只有一个线程能够访问共享资源，实现资源的互斥访问。其使用流程分为三步：首先通过pthread_mutex_t mutex定义互斥锁变量，并通过pthread_mutex_init(&mutex, NULL)完成初始化（或直接使用PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER静态初始化）；随后在操作共享资源前调用pthread_mutex_lock(&mutex)加锁，若此时锁已被其他线程持有，当前线程会阻塞等待，直到锁被释放；共享资源操作完成后，必须调用pthread_mutex_unlock(&mutex)解锁，释放锁资源供其他线程使用，最后通过pthread_mutex_destroy(&mutex)销毁锁资源。例如多线程对全局变量shared_data进行自增操作时，包裹互斥锁即可避免数据错乱，保障操作的原子性。
信号量（sem_t）是比互斥锁更灵活的同步工具，不仅支持互斥访问，还能实现多线程间的同步协作，尤其适用于 “生产者 - 消费者”“读者 - 写者” 等经典并发场景。信号量本质是一个计数器，通过sem_init()初始化计数器值，sem_wait()会将计数器减 1（计数器为 0 时阻塞），sem_post()会将计数器加 1（唤醒阻塞线程），通过计数器的增减实现对资源访问的控制，例如初始化信号量为缓冲区大小，可限制生产者和消费者对缓冲区的并发访问数量，实现供需平衡。无论是互斥锁还是信号量，核心都是通过阻塞机制规范线程访问顺序，避免数据竞争，保障并发程序的正确性和稳定性。
三、嵌入式场景：基于 FreeRTOS 的实时并发实践
在嵌入式实时系统中，传统 pthread 库难以满足实时性要求，此时 FreeRTOS 成为 C 语言并发编程的首选工具。FreeRTOS 是一款由 C 语言编写的轻量级实时操作系统内核，无需独立部署，可直接嵌入到嵌入式 MCU 中运行，提供了任务管理、消息队列、信号量等丰富的并发组件，完美适配嵌入式场景的资源受限和实时性要求。
FreeRTOS 的并发核心是 “任务”，对应传统操作系统的线程，任务创建与管理比 pthread 更简洁高效。首先定义任务函数，函数遵循void (*task_func)(void *)的签名格式，通常采用无限循环结构实现持续运行的业务逻辑，内部通过vTaskDelay(1000)实现毫秒级延时，释放 CPU 资源供其他任务执行；随后通过xTaskCreate(task1, "Task1", 128, NULL, 1, NULL)创建任务，该函数接收任务函数、任务名称、栈大小、任务参数、优先级、任务句柄六个参数，嵌入式场景需严格控制栈大小（通常为 128-1024 字节），避免栈溢出导致系统崩溃；最后调用vTaskStartScheduler()启动任务调度器，FreeRTOS 会根据任务优先级自动进行任务切换，保障高优先级任务的实时响应。
FreeRTOS 还提供了与 pthread 兼容的互斥锁、信号量组件，同时新增了消息队列、事件组等专用组件，满足嵌入式场景的复杂并发需求。在实际开发中，需注意任务优先级的合理分配，避免优先级倒置导致实时性下降，同时减少任务间的耦合，通过消息队列实现任务间的数据传递，保障系统的稳定性和可维护性。
C 语言并发编程的核心在于 “底层可控、适配场景”，pthread 奠定了 Linux 环境的并发基础，同步互斥机制解决了数据竞争痛点，而 FreeRTOS 则实现了嵌入式实时场景的高效并发。掌握这三种核心技术的原理与实践技巧，能够应对绝大多数 C 语言并发开发场景，构建高效、稳定、可靠的并发程序。
