线程同步：条件变量实现生产者消费者模型

概念：

  假设实现一个生产者消费者模型，仓库只能装100万件item，生产者每次生产1件，消费者每次消费1件，为了保持数据的同步，那么生产者每次都需要检查仓库是否满了，消费者每次都需要检查仓库是否空了，在加上互斥锁前提下，数据是能得同步保证的。循环的访问且每次都给互斥锁加锁解锁，又称为轮询，如果经常做无用功则线程一直在空转，十分浪费CPU。如果在仓库满了，我们希望生产者停下来等待，同理如果仓库空了，我们希望消费者停下来等待。

互斥锁的初始化：

如果互斥锁是静态分配的，则可以初始化成常值PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER，也可以调用pthread_mutex_init函数来初始化

如果互斥锁是动态分配的（例如通过malloc）,或者分配在共享内存中，则需要在运行时调用pthread_mutex_init函数来初始化

条件变量初始化：

如果条件变量是静态分配的，则可以初始化成常值PTHREAD_COND_INITIALIZER，也可以调用pthread_cond_init函数来初始化

如果条件变量是动态分配的（例如通过malloc）,或者分配在共享内存中，则需要在运行时调用pthread_cond_init函数来初始化

为什么要用while循环而不是if：

while (nready.nready == 0) {    Pthread_cond_wait(&nready.cond, &nready.mutex);}

pthread_cond_signal：点播，通知一个wait线程

pthread_cond_broadcast：广播，通知所有的wait线程

1.假设仓库为空，有2个消费者在等待商品，设为C1和C2

2.假设生产者只生产了1件商品，然后调用pthread_cond_broadcast，则C1和C2都会得到通知

3.假设C1比C2先得到通知，然后加锁把商品消费了，并且解锁，这时C2就能拿到锁，但是此时商品已经没有了，如果此时C2不做检测，则会出现数据同步问题

简单的测试代码：

----- gcc cond_prodcons.c -lpthread -----

#include <pthread.h>#include <errno.h>#include <stdlib.h>#include <stdio.h>#include <unistd.h>#define MAXITEMS 1000000 /* 需要生产n个item */#define MAXNTHREADS 10 /* 生产线n条 */int buff[MAXITEMS];struct {pthread_mutex_t mutex;int nput;int nval;} put = {PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER};struct {pthread_mutex_t mutex;pthread_cond_t cond;int nready;} nready = {PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER, PTHREAD_COND_INITIALIZER};//创建线程int Pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg) {int res = pthread_create(thread, attr, start_routine, arg);if (res != 0) {perror("pthread_create fail");exit(EXIT_FAILURE);}}//互斥锁int Pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex) {int res = pthread_mutex_lock(mutex);if (res != 0) {perror("Pthread_mutex_lock fail");}}//互斥解锁int Pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex) {int res = pthread_mutex_unlock(mutex);if (res != 0) {perror("Pthread_mutex_unlock fail");}}//发送线程信号int Pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond) {int res = pthread_cond_signal(cond);if (res != 0) {perror("Pthread_cond_signal fail");}}/*pthread_cond_wait会释放mutex,并进入阻塞状态,一旦获取到信号则会将mutex锁住，并返回*/int Pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex) {int res = pthread_cond_wait(cond, mutex);if (res != 0) {perror("pthread_cond_wait fail");}}//线程函数声明void* produce(void*);void* consume(void*);int main(int argc, char const *argv[]){int i, count[MAXNTHREADS];pthread_t tid_produce[MAXNTHREADS], tid_consume;// n个生产者for (i=0; i<MAXNTHREADS; ++i) {count[i] = 0;Pthread_create(&tid_produce[i], NULL, produce, &count[i]);}// 1个消费者，也可以是n个Pthread_create(&tid_consume, NULL, consume, NULL);for (i=0; i<MAXNTHREADS; ++i) {pthread_join(tid_produce[i], NULL);printf("count[%d] = %d\n", i, count[i]);}pthread_join(tid_consume, NULL);return 0;}// 生产者void* produce(void* arg) {int dosignal;for ( ; ; ) {Pthread_mutex_lock(&put.mutex);if (put.nput >= MAXITEMS) {Pthread_mutex_unlock(&put.mutex);return(NULL); /* 数据填满了 */}buff[put.nput] = put.nval;put.nput++;put.nval++;Pthread_mutex_unlock(&put.mutex);Pthread_mutex_lock(&nready.mutex);dosignal = (nready.nready == 0); /* 是否需要唤醒 */nready.nready++;Pthread_mutex_unlock(&nready.mutex);if (dosignal) {Pthread_cond_signal(&nready.cond);}*((int *)arg) += 1; /* 当前线程生产了多少个数据 */}return(NULL);}// 消费者void* consume(void* arg) {int i;for (i=0; i<MAXITEMS; i++) {Pthread_mutex_lock(&nready.mutex);while (nready.nready == 0) { /* while 循环是防止wait返回时发生虚假唤醒 */Pthread_cond_wait(&nready.cond, &nready.mutex);}nready.nready--;Pthread_mutex_unlock(&nready.mutex);//如果线程没同步成功,则会有输出if (buff[i] != i)printf("buff[%d] = %d\n", i, buff[i]);}return(NULL);}

END