条件变量 · cpp

[TOC] # 简介与互斥锁不同，条件变量是用来等待而不是用来上锁的，**条件变量本身不是锁**！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。条件变量的两个动作： * 条件不满, 阻塞线程 * 当条件满足, 通知阻塞的线程开始工作条件变量的类型: pthread\_cond\_t。 # pthread_cond_init函数 ~~~ #include <pthread.h> int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr); 功能：初始化一个条件变量参数： cond：指向要初始化的条件变量指针。 attr：条件变量属性，通常为默认值，传NULL即可也可以使用静态初始化的方法，初始化条件变量： pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER; 返回值：成功：0 失败：非0错误号 ~~~ # pthread_cond_destroy函数 ~~~ #include <pthread.h> int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond); 功能：销毁一个条件变量参数： cond：指向要初始化的条件变量指针返回值：成功：0 失败：非0错误号 ~~~ # pthread_cond_wait函数 ~~~ #include <pthread.h> int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex); 功能：阻塞等待一个条件变量 a) 阻塞等待条件变量cond（参1）满足 b) 释放已掌握的互斥锁（解锁互斥量）相当于pthread_mutex_unlock(&mutex); a) b) 两步为一个原子操作。 c) 当被唤醒，pthread_cond_wait函数返回时，解除阻塞并重新申请获取互斥锁pthread_mutex_lock(&mutex); 参数： cond：指向要初始化的条件变量指针 mutex：互斥锁返回值：成功：0 失败：非0错误号 ~~~ ~~~ int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct .*restrict abstime); 功能：限时等待一个条件变量参数： cond：指向要初始化的条件变量指针 mutex：互斥锁 abstime：绝对时间返回值：成功：0 失败：非0错误号 ~~~ abstime补充说明： ~~~ struct timespec { time_t tv_sec; /* seconds */ // 秒 long tv_nsec; /* nanosecondes*/ // 纳秒 } time_t cur = time(NULL); //获取当前时间。 struct timespec t; //定义timespec 结构体变量t t.tv_sec = cur + 1; // 定时1秒 pthread_cond_timedwait(&cond, &t); ~~~ # pthread_cond_signal函数唤醒至阻塞在条件变量上的线程 ~~~ #include <pthread.h> int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond); 功能：唤醒至少一个阻塞在条件变量上的线程参数： cond：指向要初始化的条件变量指针返回值：成功：0 失败：非0错误号 int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond); 功能：唤醒全部阻塞在条件变量上的线程参数： cond：指向要初始化的条件变量指针返回值：成功：0 失败：非0错误号 ~~~ # 生产者消费者条件变量模型线程同步典型的案例即为生产者消费者模型，而借助条件变量来实现这一模型，是比较常见的一种方法。假定有两个线程，一个模拟生产者行为，一个模拟消费者行为。两个线程同时操作一个共享资源（一般称之为汇聚），生产向其中添加产品，消费者从中消费掉产品。 ~~~ // 节点结构 typedef struct node { int data; struct node* next; }Node; // 永远指向链表头部的指针 Node* head = NULL; // 线程同步 - 互斥锁 pthread_mutex_t mutex; // 阻塞线程 - 条件变量类型的变量 pthread_cond_t cond; // 生产者 void* producer(void* arg) { while (1) { // 创建一个链表的节点 Node* pnew = (Node*)malloc(sizeof(Node)); // 节点的初始化 pnew->data = rand() % 1000; // 0-999 // 使用互斥锁保护共享数据 pthread_mutex_lock(&mutex); // 指针域 pnew->next = head; head = pnew; printf("====== produce: %lu, %d\n", pthread_self(), pnew->data); pthread_mutex_unlock(&mutex); // 通知阻塞的消费者线程，解除阻塞 pthread_cond_signal(&cond); sleep(rand() % 3); } return NULL; } void* customer(void* arg) { while (1) { pthread_mutex_lock(&mutex); // 判断链表是否为空 if (head == NULL) { // 线程阻塞 // 该函数会对互斥锁解锁 pthread_cond_wait(&cond, &mutex); // 解除阻塞之后，对互斥锁做加锁操作 } // 链表不为空 - 删掉一个节点 - 删除头结点 Node* pdel = head; head = head->next; printf("------ customer: %lu, %d\n", pthread_self(), pdel->data); free(pdel); pthread_mutex_unlock(&mutex); } return NULL; } int main(int argc, const char* argv[]) { pthread_t p1, p2; // init pthread_mutex_init(&mutex, NULL); pthread_cond_init(&cond, NULL); // 创建生产者线程 pthread_create(&p1, NULL, producer, NULL); // 创建消费者线程 pthread_create(&p2, NULL, customer, NULL); // 阻塞回收子线程 pthread_join(p1, NULL); pthread_join(p2, NULL); pthread_mutex_destroy(&mutex); pthread_cond_destroy(&cond); return 0; } ~~~ # 条件变量的优缺点相较于mutex而言，条件变量可以减少竞争。如直接使用mutex，除了生产者、消费者之间要竞争互斥量以外，消费者之间也需要竞争互斥量，但如果汇聚（链表）中没有数据，消费者之间竞争互斥锁是无意义的。有了条件变量机制以后，只有生产者完成生产，才会引起消费者之间的竞争。提高了程序效率。