Linux 多线程同步问题 条件变量

互斥锁：用来上锁。

条件变量：用来等待，当条件变量用来自动阻塞一个线程，直到某特殊情况发生为止。通常条件变量和互斥锁同时使用。

 

函数介绍：

 

1．

名称：

pthread_cond_init

目标：

条件变量初始化

头文件：

#include < pthread.h>

函数原形：

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, const pthread_condattr_t *attr);

参数:

cptr  条件变量

attr  条件变量属性

返回值：

成功返回0，出错返回错误编号。

     

 

 

 

 

 

 

 

 

  pthread_cond_init函数可以用来初始化一个条件变量。他使用变量attr所指定的属性来初始化一个条件变量，如果参数attr为空，那么它将使用缺省的属性来设置所指定的条件变量。

 

2.

名称：

pthread_cond_destroy

目标：

条件变量摧毁

头文件：

#include < pthread.h>

函数原形：

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

参数:

cptr  条件变量

返回值：

成功返回0，出错返回错误编号。

      

 

 

 

 

 

 

 pthread_cond_destroy函数可以用来摧毁所指定的条件变量，同时将会释放所给它分配的资源。调用该函数的进程也并不要求等待在参数所指定的条件变量上。

 

3.

名称：

pthread_cond_wait/pthread_cond_timedwait

目标：

条件变量等待

头文件：

#include < pthread.h>

函数原形：

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex_t *mutex);

int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex_t mytex,const struct timespec *abstime);

参数:

cond 条件变量

mutex 互斥锁

返回值：

成功返回0，出错返回错误编号。

      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 第一个参数*cond是指向一个条件变量的指针。第二个参数*mutex则是对相关的互斥锁的指针。函数pthread_cond_timedwait函数类型与函数pthread_cond_wait,区别在于，如果达到或是超过所引用的参数*abstime,它将结束并返回错误ETIME.pthread_cond_timedwait函数的参数*abstime指向一个timespec结构。该结构如下：

typedef struct timespec{

       time_t tv_sec;

       long tv_nsex;

}timespec_t;

 

3.

名称：

pthread_cond_signal/pthread_cond_broadcast

目标：

条件变量通知

头文件：

#include < pthread.h>

函数原形：

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);

参数:

cond 条件变量

返回值：

成功返回0，出错返回错误编号。

      

 

 

 

 

 

 

 

 参数*cond是对类型为pthread_cond_t 的一个条件变量的指针。当调用pthread_cond_signal时一个在相同条件变量上阻塞的线程将被解锁。如果同时有多个线程阻塞，则由调度策略确定接收通知的线程。如果调用pthread_cond_broadcast,则将通知阻塞在这个条件变量上的所有线程。一旦被唤醒，线程仍然会要求互斥锁。如果当前没有线程等待通知，则上面两种调用实际上成为一个空操作。如果参数*cond指向非法地址，则返回值EINVAL。

 

下面是一个简单的例子，我们可以从程序的运行来了解条件变量的作用。

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

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;/*初始化互斥锁*/
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;/*初始化条件变量*/

void *thread1(void *);
void *thread2(void *);

int i=1;
int main(void)
{
    pthread_t t_a;
    pthread_t t_b;

    pthread_create(&t_a,NULL,thread2,(void *)NULL);/*创建进程t_a*/
    pthread_create(&t_b,NULL,thread1,(void *)NULL); /*创建进程t_b*/
    pthread_join(t_b, NULL);/*等待进程t_b结束*/
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    pthread_cond_destroy(&cond);
    exit(0);
}

void *thread1(void *junk)
{
    for(i=1;i<=9;i++) 
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);/*锁住互斥量*/
        if(i%3==0)
             pthread_cond_signal(&cond);/*条件改变，发送信号，通知t_b进程*/
        else        
             printf("thead1:%d/n",i);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);/*解锁互斥量*/

sleep(1);
}

}

void *thread2(void *junk)
{
    while(i<9)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);

if(i%3!=0)
            pthread_cond_wait(&cond,&mutex);/*等待*/
        printf("thread2:%d/n",i);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);

sleep(1);
}

}

程序创建了2个新线程使他们同步运行，实现进程t_b打印20以内3的倍数，t_a打印其他的数，程序开始线程t_b不满足条件等待，线程t_a运行使a循环加1并打印。直到i为3的倍数时，线程t_a发送信号通知进程t_b，这时t_b满足条件，打印i值。

下面是运行结果：

#cc –lpthread –o cond cond.c

#./cond

thread1:1

thread1:2

thread2:3

thread1:4

thread1:5

thread2:6

thread1:7

thread1:8

thread2:9

 

 

备注：

 pthread_cond_wait 执行的流程首先将这个mutex解锁, 然后等待条件变量被唤醒, 如果没有被唤醒, 该线程将一直休眠, 也就是说, 该线程将一直阻塞在这个pthread_cond_wait调用中, 而当此线程被唤醒时, 将自动将这个mutex加锁，然后再进行条件变量判断（原因是“惊群效应”，如果是多个线程都在等待这个条件，而同时只能有一个线程进行处理，此时就必须要再次条件判断，以使只有一个线程进入临界区处理。），如果满足，则线程继续执行，最后解锁，

 

也就是说pthread_cond_wait实际上可以看作是以下几个动作的合体:
解锁线程锁
等待线程唤醒，并且条件为true
加锁线程锁.

 pthread_cond_signal仅仅负责唤醒正在阻塞在同一条件变量上的一个线程，如果存在多个线程，系统自动根据调度策略决定唤醒其中的一个线程，在多处理器上，该函数是可能同时唤醒多个线程，同时该函数与锁操作无关，解锁是由pthread_mutex_unlock(&mutex)完成

 

 

唤醒丢失问题 
在线程并没有阻塞在条件变量上时，调用pthread_cond_signal或pthread_cond_broadcast函数可能会引起唤醒丢失问题。

唤醒丢失往往会在下面的情况下发生：

一个线程调用pthread_cond_signal或pthread_cond_broadcast函数； 
另一个线程正处在测试条件变量和调用pthread_cond_wait函数之间； 
没有线程正在处在阻塞等待的状态下。