条件变量pthread_cond_wait()和pthread_cond_signal()详解
条件变量
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． 创建和注销
条件变量和互斥锁一样，都有静态动态两种创建方式，
静态方式
使用PTHREAD_COND_INITIALIZER常量，如下：
pthread_cond_t cond=PTHREAD_COND_INITIALIZER
动态方式
调用pthread_cond_init()函数，API定义如下：
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr)
尽管POSIX标准中为条件变量定义了属性，但在LinuxThreads中没有实现，因此cond_attr值通常为NULL，且被忽略。
注销一个条件变量需要调用pthread_cond_destroy()，只有在没有线程在该条件变量上等待的时候才能注销这个条件变量，否则返回EBUSY。因为Linux实现的条件变量没有分配什么资源，所以注销动作只包括检查是否有等待线程。API定义如下：
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond)
2． 等待和激发
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex)
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex, const struct timespec *abstime)
等待条件有两种方式：无条件等待pthread_cond_wait()和计时等待pthread_cond_timedwait()，其中计时等待方式如果在给定时刻前条件没有满足，则返回ETIMEOUT，结束等待，其中abstime以与time()系统调用相同意义的绝对时间形式出现，0表示格林尼治时间1970年1月1日0时0分0秒。
无论哪种等待方式，都必须和一个互斥锁配合，以防止多个线程同时请求pthread_cond_wait()（或pthread_cond_timedwait()，下同）的竞争条件（Race Condition）。mutex互斥锁必须是普通锁（PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP）或者适应锁（PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP），且在调用pthread_cond_wait()前必须由本线程加锁（pthread_mutex_lock()），而在更新条件等待队列以前，mutex保持锁定状态，并在线程挂起进入等待前解锁。在条件满足从而离开pthread_cond_wait()之前，mutex将被重新加锁，以与进入pthread_cond_wait()前的加锁动作对应。
激发条件有两种形式，pthread_cond_signal()激活一个等待该条件的线程，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。
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子线程中pthread_cond_wait()等待
pthread_mutex_t qlock; pthread_cond_t qready； /************pthread_cond_wait()的使用方法**********/ pthread_mutex_lock(&qlock); /*lock*/ //等待某资源，并以qready作为条件通知我们 pthread_cond_wait(&qready, &qlock); /*block-->unlock-->wait() return-->lock*/ //do something pthread_mutex_unlock(&qlock); /*unlock*/
其他线程中pthread_cond_signal()唤醒
pthread_mutex_lock(&mtx); //这个mutex_lock主要是用来保护wait等待临界资源， //为何这里要有一个while (head == NULL)呢？ //因为如果有很多线程同时等待某资源，pthread_cond_wait里的线程可能会被意外唤醒， //那么这个时候仍然head == NULL，这就是“惊群效应” //这个时候，应该让线程继续进入pthread_cond_wait while (head == NULL)
pthread_cond_wait(&cond, &mtx); // pthread_cond_wait会先解除之前的pthread_mutex_lock锁定的mtx //然后阻塞在等待队列里休眠，直到再次被唤醒 //（大多数情况下是等待的条件成立而被唤醒） //唤醒后，该进程会先锁定先pthread_mutex_lock(&mtx); 再读取资源 // 用这个流程是比较清楚的/*block-->unlock-->wait() return-->lock*/ pthread_mutex_unlock(&mtx); //临界区数据操作完毕，释放互斥锁
解析：
pthread_mutex_lock
xxxxxxx
pthread_cond_signal
pthread_mutex_unlock
缺点：在某下线程的实现中，会造成等待线程从内核中唤醒（由于cond_signal)然后又回到内核空间（因为cond_wait返回后会有原子加锁的行为），所以一来一回会有性能的问题，造成低效。
我们假设系统中有线程1和线程2，他们都想获取mutex后处理共享数据，再释放mutex。请看这种序列：
1)线程1获取mutex，在进行数据处理的时候，线程2也想获取mutex，但是此时被线程1所占用，线程2进入休眠，等待mutex被释放。
2)线程1做完数据处理后，调用pthread_cond_signal（）唤醒等待队列中某个线程，在本例中也就是线程2。线程1在调用pthread_mutex_unlock（）前，因为系统调度的原因，线程2获取使用CPU的权利，那么它就想要开始处理数据，但是在开始处理之前，mutex必须被获取，很遗憾，线程1正在使用mutex，所以线程2被迫再次进入休眠。
3)然后就是线程1执行pthread_mutex_unlock（）后，线程2方能被再次唤醒。
从这里看，使用的效率是比较低的，如果再多线程环境中，这种情况频繁发生的话，是一件比较痛苦的事情。
但是在LinuxThreads或者NPTL里面，就不会有这个问题，因为在Linux 线程中，有两个队列，分别是cond_wait队列和mutex_lock队列， cond_signal只是让线程从cond_wait队列移到mutex_lock队列，而不用返回到用户空间，不会有性能的损耗。推荐使用何种模式。
posix1标准说，pthread_cond_signal与pthread_cond_broadcast无需考虑调用线程是否是mutex的拥有者，也就是说，可以在lock与unlock以外的区域调用。如果我们对调用行为不关心，那么请在lock区域之外调用吧。
pthread_mutex_lock
xxxxxxx
pthread_mutex_unlock
pthread_cond_signal
优点：不会出现之前说的那个潜在的性能损耗，因为在signal之前就已经释放锁了
看段代码，消化一下:
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
static pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
static pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
struct node {
int n_number;
struct node *n_next;
} *head = NULL;
/*[thread_func]*/
static void cleanup_handler(void *arg)
{
printf("Cleanup handler of second thread./n");
free(arg);
(void)pthread_mutex_unlock(&mtx);
}
static void *thread_func(void *arg)
{
struct node *p = NULL;
pthread_cleanup_push(cleanup_handler, p);
while (1) {
pthread_mutex_lock(&mtx); //这个mutex主要是用来保证pthread_cond_wait的并发性
while (head == NULL) { //这个while要特别说明一下，单个pthread_cond_wait功能很完善，为何这里要有一个while (head == NULL)呢？因为pthread_cond_wait里的线程可能会被意外唤醒，如果这个时候head != NULL，则不是我们想要的情况。这个时候，应该让线程继续进入pthread_cond_wait
pthread_cond_wait(&cond, &mtx); // pthread_cond_wait会先解除之前的pthread_mutex_lock锁定的mtx，然后阻塞在等待对列里休眠，直到再次被唤醒（大多数情况下是等待的条件成立而被唤醒，唤醒后，该进程会先锁定先pthread_mutex_lock(&mtx);，再读取资源
//用这个流程是比较清楚的/*block-->unlock-->wait() return-->lock*/
}
p = head;
head = head->n_next;
printf("Got %d from front of queue/n", p->n_number);
free(p);
pthread_mutex_unlock(&mtx); //临界区数据操作完毕，释放互斥锁
}
pthread_cleanup_pop(0);
return 0;
}
int main(void)
{
pthread_t tid;
int i;
struct node *p;
pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL); //子线程会一直等待资源，类似生产者和消费者，但是这里的消费者可以是多个消费者，而不仅仅支持普通的单个消费者，这个模型虽然简单，但是很强大
/*[tx6-main]*/
for (i = 0; i < 10; i++) {
p = malloc(sizeof(struct node));
p->n_number = i;
pthread_mutex_lock(&mtx); //需要操作head这个临界资源，先加锁，
p->n_next = head;
head = p;
pthread_cond_signal(&cond);
pthread_mutex_unlock(&mtx); //解锁
sleep(1);
}
printf("thread 1 wanna end the line.So cancel thread 2./n");
pthread_cancel(tid); //关于pthread_cancel，有一点额外的说明，它是从外部终止子线程，子线程会在最近的取消点，退出线程，而在我们的代码里，最近的取消点肯定就是pthread_cond_wait()了。
//关于取消点的信息：https://www.cnblogs.com/cthon/p/9078042.html
pthread_join(tid, NULL);
printf("All done -- exiting/n");
return 0;
}
这篇博客对于条件变量的使用讲的也比较详细，大家可以参考一下：https://blog.csdn.net/Joogle/article/details/8010245
