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linux学习之十六—条件变量pthread_cond_wait

2017年02月05日 ⁄ 综合 ⁄ 共 3269字 ⁄ 字号 评论关闭

条件变量是利用线程间共享的全局变量进行同步的一种机制,主要包括两个动作:一个线程等待"条件变量的条件成立"而挂起;另一个线程使"条件成立"(给出条件成立信号)。为了防止竞争,条件变量的使用总是和一个互斥锁结合在一起。

1.加锁函数:
pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex_t *mutex);
pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex_t *mutex,const struct timespec *abstime);

pthread_cond_wait函数释放由mutex指向的互斥锁,同时使当前线程关于cond指向的条件变量阻塞,直到条件被信号唤醒。通常条件表达式在互斥锁的保护下求值,如果条件表达式为假,那么线程基于条件变量阻塞。当一个线程改变条件变量的值时,条件变量获得一个信号,使得等待条件变量的线程退出阻塞状态。

pthread_cond_timedwait函数和pthread_cond_wait函数用法类似,差别在于pthread_cond_timedwait函数将则色直到条件变量获得信号或者经过由abstime指定的时间,也就是说,如果在给定时刻前条件没有满足,则返回ETIMEOUT,结束等待。

2.解锁函数:
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);

pthread_cond_signal()激活一个等待条件成立的线程,存在多个等待线程时,按入队顺序激活其中一个;而pthread_cond_broadcast()则激活所有等待线程。

3.清除函数:
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

当一个条件变量不再使用时,需要将其清除。清除一个条件变量通过调用pthread_cond_destroy()实现。该函数清除由cond指向的条件变量。注意:只有在没有线程等待该条件变量的时候,才能清除这个条件变量,否则返回EBUSY。

示例代码:

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9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。

#include<pthread.h>
#include<unistd.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;//init cond 
void *thread1(void*);
void *thread2(void*); 
int i = 1; //global
 
int main(void)
{       pthread_t t_a;
        pthread_t t_b;//two thread
 
        pthread_create(&t_a,NULL,thread2,(void*)NULL);
        pthread_create(&t_b,NULL,thread1,(void*)NULL);//Create thread
 
        pthread_join(t_b,NULL);//wait a_b thread end
        pthread_join(t_a,NULL);
        pthread_mutex_destroy(&mutex);
        pthread_cond_destroy(&cond);
        exit(0);
}
 
void *thread1(void *junk)
   {
     for(i = 1;i<= 9; i++){
            pthread_mutex_lock(&mutex); //互斥锁
            printf("call thread1 \n");
            if(i%3 == 0)
               pthread_cond_signal(&cond); //send sianal to t_b
            else
                printf("thread1: %d\n",i);
            pthread_mutex_unlock(&mutex);
            sleep(1);
        }
    }
    
void *thread2(void*junk)
    {
        while(i < 9)
        {
            pthread_mutex_lock(&mutex);
            printf("call thread2 \n");
            if(i%3 != 0)
                pthread_cond_wait(&cond,&mutex); //wait
             printf("thread2: %d\n",i);
             pthread_mutex_unlock(&mutex);
             sleep(1);
        }
    }                                    

示例的解释:
call thread2:是线程2即t_b首先上锁,即 pthread_mutex_lock(&mutex);锁住了mutex使得此进程执行线程2中的临界区的代码,当执行到45行:if(i%3 != 0),此时i=1,满足此条件,则执行46行: pthread_cond_wait(&cond,&mutex); 这句是关键,pthread_cond_wait(&cond,&mutex)操作有两步,是原子操作:第一 解锁,先解除之前的pthread_mutex_lock锁定的mutex;第二 挂起,阻塞并在等待对列里休眠,即线程2挂起,直到再次被唤醒,唤醒的条件是由pthread_cond_signal(&cond);发出的cond信号来唤醒。

call thread1:由于pthread_cond_wait已经对线程2解锁,此时另外的线程只有线程1,那么线程1对mutex上锁,若这时有多个线程,那么线程间上锁的顺序和操作系统有关。

thread1: 1:线程1上锁后执行临界区的代码,当执行到if(i%3 == 0)此时i=1,不满足条件,则pthread_cond_signal(&cond);不被执行,那么线程2仍处于挂起状态,输出thread1: 1后线程1由pthread_mutex_unlock(&mutex);解锁。

thread1: 2:这时此进程中只有2个线程,线程2处于挂起状态,那么只有线程1,则线程1又对mutex上锁,此时同样执行临界区的代码,而且i=2,不满足条件,pthread_cond_signal(&cond);不被执行,那么线程2仍处于挂起状态,输出thread1: 1后线程1由pthread_mutex_unlock(&mutex);解锁。

call thread1:同样由线程1上锁,但此时i=3,满足条件pthread_cond_signal(&cond)被执行,那么pthread_cond_signal(&cond)会发出信号,来唤醒处于挂起的线程2。pthread_cond_signal同样由两个原子操作:1,解锁;2,发送信号;解锁即对线程1解锁,解除对mutex的上锁。发送信号,即给等待signal挂起的线程2发送信号,唤醒挂起的线程2。

thread2: 3:由于pthread_cond_signal唤醒了线程2,即i=3满足条件,pthread_cond_wait(&cond,&mutex);被执行,那么pthread_cond_wait(&cond,&mutex)此时也有一步操作:上锁;即对线程2上锁,此时的pthread_cond_wait(&cond,&mutex)的操作相当与pthread_mutex_lock(&mutex);那么线程2继续执行上锁后的临界区的代码,并由pthread_mutex_unlock(&mutex);对线程2进行解锁。

剩下的输出原理和上面解释的一样。

参考来自:http://weihe6666.iteye.com/blog/1170141

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