POSIX条件变量

条件变量：
　　当一个线程互斥的访问某个变量时，它可能发现其他线程改变状态之前，它什么都做不了
例如：一个线程访问队列时，发现队列为空，它只能等待，直到其他线程将一个节点添加到队列中，这种情况就需要使用条件变量。

线程A: 　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 线程B:

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　改变n
int n=0 　　　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 进入临界区
进入临界区

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　            更改 n>0
等待 n>0（该线程进入临界区其他的线程无法运行） 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 通知等待线程
操作n 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 退出临界区
退出临界区

注意：当一个线程进入临界区，等待n>0，其余的线程无法获取互斥量(同一个互斥量)进入临界区修改n,那么线程A就会一直等待。
就会出现死锁，所以我们引入了条件变量。条件变量要跟互斥量配合使用，一是因为多个线程都可以访问条件n>0;而是因为一个线程
对互斥量加锁，其他线程就无法获得互斥量修改n.所以条件变量一开始先解锁，那么线程就可以获得互斥量，修改n.也可以等待条件。

条件变量使用规范
　　等待条件代码：
　　pthread_mutex_lock(&mutex);
　　while(条件为假)
　　pthread_cond_wait(cond,mutex);
　　修改条件
　　pthread_mutex_unlock(&mutex);

给条件发送信号代码：
　　pthread_mutex_lock(&mutex);
设置条件为真
　　pthread_cond_signal(cond);
　　pthread_mutex_unlock(&mutex);

通知条件成立
　　int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
等待条件成立
　　int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond,pthread_mutex_t *restrict mutex);

while(1)
{
pthread_mutex_lock(&g_mutex);
//为何使用while而不是if
//被信号打断的话,一种pthread_cond_wait重启，就行没有发生一样，或者pthread_cond_wait可能被虚假唤醒，所以要用while再次判断条件。
while(nready==0)
{
pthread_cond_wait(&g_cond,&g_mutex);
}
--nready;
pthread_mutex_unlock(&g_mutex);
}

pthread_cond_wait(原语)内部进行的操作：
一、对g_mutex进行解锁(其他消费者线程可以进行等待，生产者线程也可以改变条件)

二、等待条件，直到其他线程向它发起通知
三、返回的时候对互斥量重新加锁

while(1)
{
pthread_mutex_lock(&g_mutex);
nready++;
if(nready>0)
pthread_cond_signal(&g_cond);//条件满足，发起通知
pthread_mutex_unlock(&g_mutex);
}
　　pthread_cond_signal
　　　　　　　　　　　　向第一个等待条件的线程发起通知，如果没有任何一个线程处于等待条件的状态，这个通知将被忽略
　　pthread_cond_broadcast
　　　　　　　　　　　　向所有的等待线程发起通知

 

用条件变量解决生产者、消费者问题（缓冲区无界,假定仓库无限大）

#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/stat.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<errno.h>
#include <semaphore.h>
#include<pthread.h>
#define ERR_EXIT(m)\
    do\
    {\
        perror(m);\
        exit(EXIT_FAILURE);\
    }while(0)
#define CONSUMERS_COUNT  2
#define PRODUCERS_COUNT  4

unsigned short in=0;
unsigned short out=0;
unsigned short produce_id=0;//当前正在消费的产品ID
unsigned short consume_id=0;//当前正在消费的产品ID

pthread_cond_t g_cond;
pthread_mutex_t g_mutex;
pthread_t  g_thread[CONSUMERS_COUNT+PRODUCERS_COUNT ];

//消费者线程
int nready=0;//缓冲区没有产品
void* consume(void*arg)
{
    int num=(int)arg;//线程编号

    while(1)
    {
        pthread_mutex_lock(&g_mutex);
        //当条件不成立，就一直等待。
        while(nready==0)    
        {
            printf("%d begin wait a condition...\n",num);
            //跟互斥锁配合使用，先解锁，以便其他线程进入临界区修改条件，防止死锁。
            pthread_cond_wait(&g_cond,&g_mutex);//在nready==0上等待。
            //再加锁
        }
        //条件改变了
        printf("%d end wait a condition...\n",num);
        printf("%d begin consume product...\n",num);
        --nready;//消费产品
        pthread_mutex_unlock(&g_mutex);
        sleep(1);
    }    
    return NULL;
}
//生产者线程
void* produce(void*arg)
{    
    int num=(int)arg;
    
    while(1)
    {
        pthread_mutex_lock(&g_mutex);
        printf("%d begin produce product...\n",num);
        nready++;//直接开始生产产品。
        printf("%d end produce product...\n",num);
        //条件成立，通知等待线程
        pthread_cond_signal(&g_cond);
        printf("%d signal \n",num);//某个线程发起通知
        pthread_mutex_unlock(&g_mutex);
        sleep(1);
    }
    return NULL;
}
int main(void)
{
    int i;
    //初始化互斥量和条件变量
    pthread_mutex_init(&g_mutex,NULL);
    pthread_cond_init(&g_cond,NULL);
    //创建消费者线程
    for(i=0;i<CONSUMERS_COUNT;i++)
    {
    pthread_create(&g_thread[i],NULL,consume,(void*)i);//产生了段错误.我们传递的是值，所以int num=(int)arg 而不是int num=*(int*)arg
    }
    
    sleep(1);//以便消费者进入等待
    //创建生产者线程
    for(i=0;i<PRODUCERS_COUNT;i++)
    {
        pthread_create(&g_thread[i+CONSUMERS_COUNT],NULL,produce,(void*)i);
    }
    //等待线程退出
    for(i=0;i<CONSUMERS_COUNT+PRODUCERS_COUNT;i++)
    {
        pthread_join(g_thread[i],NULL);
    }
    
    pthread_cond_destroy(&g_cond);
    pthread_mutex_destroy(&g_mutex);
    return 0;
}