条件变量

  • 当一个线程互斥地访问某个变量时,它可能发现在其它线程改变状态之前,它什么也做不了
  • 例如一个线程访问队列时,发现队列为空,它只能等待,只到其它线程将一个节点添加到队列中。这种情况就需要用到条件变量

条件变量和互斥锁为什么要配合使用?

  1. 条件本身就是公共资源,多个线程同时方式时,必须使用互斥锁在临界区内对条件进行保护。
  2. 条件变量的作用是在等待某个条件达成时自身要进行睡眠或阻塞,避免忙等待带来的不必要消耗;当被唤醒时,会重新尝试加锁,如果锁成功,才进行之后的流程;否则解锁,继续阻塞

条件变量函数

pthread_cond_init

功能:
initialize condition variables
原型:
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,
const pthread_condattr_t *restrict attr);
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
参数:
cond : 指向结构pthread_cond_t的指针
attr : 条件变量的属性结构的指针
返回值:
成功 : 0
失败 : 返回错误码

pthread_cond_destroy

功能:
destroy condition variables
原型:
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
参数:
cond : 指向结构pthread_cond_t的指针
返回值:
成功 : 0
失败 : 返回错误码

pthread_cond_wait

功能:
wait on a condition
原型:
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex);
参数:
cond : 指向结构pthread_cond_t的指针
mutex : 互斥锁
返回值:
成功 : 0
失败 : 返回错误码

pthread_cond_signal

功能:
signal a condition
原型:
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
参数:
cond : 指向结构pthread_cond_t的指针
返回值:
成功 : 0
失败 : 返回错误码

pthread_cond_broadcast

功能:
signal a condition
原型:
broadcast a condition
参数:
cond : 指向结构pthread_cond_t的指针
返回值:
成功 : 0
失败 : 返回错误码

条件变量使用规范

等待条件代码

pthread_mutex_lock(&mutex);
while(条件为假)
pthread_cond_wait(cond, mutex);
修改条件
pthread_mutex_unlock(&mutex);

给条件发送信号代码

pthread_mutex_lock(&mutex);
设置条件为真
pthread_cond_signal(cond);
pthread_mutex_unlock(&mutex);

使用条件变量解决生产者、消费者问题

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <pthread.h> #include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h> #include <semaphore.h> #define ERR_EXIT(m) \
do \
{ \
perror(m); \
exit(EXIT_FAILURE); \
} while (0) #define CONSUMERS_COUNT 2 //消费者线程的个数
#define PRODUCERS_COUNT 1 //生产者线程的个数 int nready = 0;
pthread_cond_t g_cond;
pthread_mutex_t g_mutex; pthread_t g_thread[CONSUMERS_COUNT + PRODUCERS_COUNT]; //总线程数 void *consume(void *arg)
{
int num = (int)arg;
while (1)
{
pthread_mutex_lock(&g_mutex);
while(nready == 0)
{
printf("%d wait a condition...\n", num);
pthread_cond_wait(&g_cond, &g_mutex);
}
printf("%d end wait...\n", num);
printf("%d begin consume product...\n",num);
--nready;
printf("%d end consume product...\n",num);
pthread_mutex_unlock(&g_mutex);
sleep(1);
} return NULL;
} void *produce(void *arg)
{
int num = (int)arg;
while (1)
{
pthread_mutex_lock(&g_mutex);
printf("%d begin produce product...\n", num);
++nready;
printf("%d end produce product...\n", num);
pthread_cond_signal(&g_cond);
printf("%d singal ...\n",num);
pthread_mutex_unlock(&g_mutex);
sleep(1);
} return NULL;
} int main()
{
int i;
pthread_cond_init(&g_cond, NULL);
pthread_mutex_init(&g_mutex, NULL); for (i = 0; i < CONSUMERS_COUNT; ++i)
{
pthread_create(&g_thread[i], NULL, consume, (void *)i);
} sleep(1); for (i = 0; i < PRODUCERS_COUNT; ++i)
{
pthread_create(&g_thread[CONSUMERS_COUNT + i], NULL, produce, (void *)i);
} for (i = 0; i < CONSUMERS_COUNT + PRODUCERS_COUNT; ++i)
{
pthread_join(g_thread[i], NULL);
} pthread_cond_destroy(&g_cond);
pthread_mutex_destroy(&g_mutex); return 0;
}

pthread_cond_wait

  1. 对mutex进行解锁
  2. 等待条件,直到有线程向它发起通知
  3. 重新对mutex进行加锁操作

pthread_cond_signal

向等待的条件的线程发起通知,如果没有任何一个处于等待条件的状态,这个通知将被忽略

为什么要用while

  1. pthread_cond_wait会自动重启,就像这个信号没有发生过一样
  2. pthread_cond_wait可能会被虚假的唤醒,当被虚假唤醒后,需要重新判断条件

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