多线程编程-条件变量

来源：互联网发布：java特种兵有没有下册编辑：程序博客网时间：2024/04/27 11:38

有的时候仅仅依靠锁住共享资源来使用它是不够的。有时候共享资源只有某些状态的时候才能够使用。比方说，某个线程如果要从堆栈中读取数据，那么如果栈中没有数据就必须等待数据被压栈。这种情况下的同步使用互斥锁

是不够的。另一种同步的方式－－条件变量，就可以使用在这种情况下。

条件变量的使用总是和互斥锁及共享资源联系在一起的。线程首先锁住互斥锁，然后检验共享资源的状态是否处于可使用的状态。如果不是，那么线程就要等待条件变量。要指向这样的操作就必须在等待的时候将互斥锁解锁，以

便其他线程可以访问共享资源并改变其状态。它还得保证从等到得线程返回时互斥体是被上锁得。当另一个线程改变了共享资源的状态时，它就要通知正在等待条件变量的线程，使之重新变回被互斥锁阻塞的线程。

假设有共享的资源sum,与之相关联的mutex 是lock_s.假设每个线程对sum的操作很简单的,与sum的状态无关,比如只是sum++.那么只用mutex足够了.程序员只要确保每个线程操作前,取得lock,然后sum++,再unlock即可.每个线程

的代码将像这样

add()
{
　　 pthread_mutex_lock(lock_s);
　　 sum++;
　　 pthread_mutex_unlock(lock_s);
}

　　如果操作比较复杂,假设线程t0,t1,t2的操作是sum++,而线程t3则是在sum到达100的时候,打印出一条信息,并对sum清零.这种情况下,如果只用mutex, 则t3需要一个循环,每个循环里先取得lock_s,然后检查sum的状态,如果sum>=100,

则打印并清零,然后unlock.如果sum<100,则unlock,并sleep()本线程合适的一段时间.

　这个时候,t0,t1,t2的代码不变,t3的代码如下

print()
{
　　　while(1)
　　　{
　　　　　pthread_mutex_lock(lock_s);
　　　　　if(sum >= 100)
　　　　　{
　　　　　　　　printf(“sum has reached 100!”);
sum = 0;
pthread_mutex_unlock(lock_s);
　　　　　}
　　　　　else
　　　　 {
pthread_mutex_unlock(lock_s);
　　　　　　　sleep(100);　
　　　　　}
　　　}
}

这种办法有两个问题
　　1) sum在大多数情况下不会到达100,那么对t3的代码来说,大多数情况下,走的是else分支,只是lock和unlock,然后sleep().这浪费了CPU处理时间.
　　2) 为了节省CPU处理时间,t3会在探测到sum没到达100的时候sleep()一段时间.这样却又带来另外一个问题,亦即t3响应速度下降.可能在sum到达200的时候,t3才会醒过来.
　　这样,程序员在设置sleep()时间的时候陷入两难境地,设置得太短了节省不了资源,太长了又降低响应速度.真是难办啊!

　　这个时候,condition variable内裤外穿,从天而降,拯救了焦头烂额的你. 你可以首先定义一个condition variable.
　　pthread_cond_t cond_sum_ready = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

　　t0,t1,t2的代码只要后面加两行,像这样

add()
{
　　pthread_mutex_lock(lock_s);
　　sum++;　　　
　　if(sum >= 100)
{
　　 pthread_cond_signal(&cond_sum_ready);
}
pthread_mutex_unlock(lock_s);
}

而t3的代码则是

print
{
　　pthread_mutex_lock(lock_s);
　　while(sum < 100)
{
　　 pthread_cond_wait(&cond_sum_ready, &lock_s);
}
　　printf(“sum is over 100!”);
　　sum = 0;
　　pthread_mutex_unlock(lock_s);
}

注意两点:
　　1) 在thread_cond_wait()之前,必须先lock相关联的mutex, 因为假如目标条件未满足,pthread_cond_wait()实际上会unlock该mutex, 然后block,当目标变量被唤醒的时候才会再重新lock该mutex, 然后返回.

　　2) 为什么是while(sum < 100),而不是if(sum < 100) ?这是因为在pthread_cond_signal()和pthread_cond_wait()返回之间,有时间差,假设在这个时间差内发生了唤醒拦截：还有另外一个线程t4又把sum减少到100以下了,那么t3在pthread_cond_wait()返回之后,显然应该再检查一遍sum的大小.这就是用while的用意,如果sum减少到了100以下,就会再次进入pthread_cond_wait方法.

#include <pthread.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>static int sum = 0;pthread_mutex_t lock_s = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;pthread_cond_t cond_sum_ready = PTHREAD_COND_INITIALIZER;void add(void){pthread_mutex_lock(&lock_s);sum++;printf("tid=%d, sum=%d\n",pthread_self(),sum);if(sum >= 100){pthread_cond_signal(&cond_sum_ready);}pthread_mutex_unlock(&lock_s);}void print(void){pthread_mutex_lock(&lock_s);while(sum < 100){pthread_cond_wait(&cond_sum_ready, &lock_s);}printf("sum is over 100!\n");sum = 0;pthread_mutex_unlock(&lock_s);}void *fn_1(void* arg){int i;for(i = 0; i < 100; i++){usleep(10);add();}return ((void *)0);}void *fn_2(void *arg){int i;for(i = 0; i < 100; i++){usleep(20);add();}return ((void *)0);}void *fn_3(void *arg){int i;for(i = 0; i < 100; i++){usleep(30);add();}return ((void *)0);}void *fn_4(void *arg){for(;;){print();}return ((void *)0);}int main(void){void *ret;int err;pthread_t tid1, tid2, tid3, tid4;err = pthread_create(&tid1, NULL, fn_1, NULL);if (err != 0)err_quit("can't create thread 1: %s\n", strerror(err));err = pthread_create(&tid2, NULL, fn_2, NULL);if (err != 0)err_quit("can't create thread 2: %s\n", strerror(err));err = pthread_create(&tid3, NULL, fn_3, NULL);if (err != 0)err_quit("can't create thread 3: %s\n", strerror(err));err = pthread_create(&tid4, NULL, fn_4, NULL);if (err != 0)err_quit("can't create thread 4: %s\n", strerror(err));pthread_join(tid3, &ret);exit(0);}