LINUX线程编程（4）

条件变量

1.初始化条件变量pthread_cond_init

#include <pthread.h>

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cv,

const pthread_condattr_t *cattr);

返回值：函数成功返回0；任何其他返回值都表示错误

初始化一个条件变量。当参数cattr为空指针时，函数创建的是一个缺省的条件变量。否则条件变量的属性将由cattr中的属性值来决定。调用 pthread_cond_init函数时，参数cattr为空指针等价于cattr中的属性为缺省属性，只是前者不需要cattr所占用的内存开销。这个函数返回时，条件变量被存放在参数cv指向的内存中。

可以用宏PTHREAD_COND_INITIALIZER来初始化静态定义的条件变量，使其具有缺省属性。这和用pthread_cond_init函数动态分配的效果是一样的。初始化时不进行错误检查。如：

pthread_cond_t cv = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

不能由多个线程同时初始化一个条件变量。当需要重新初始化或释放一个条件变量时，应用程序必须保证这个条件变量未被使用。

 

2.阻塞在条件变量上pthread_cond_wait

#include <pthread.h>

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cv,

pthread_mutex_t *mutex);

返回值：函数成功返回0；任何其他返回值都表示错误

函数将解锁mutex参数指向的互斥锁，并使当前线程阻塞在cv参数指向的条件变量上。

被阻塞的线程可以被pthread_cond_signal函数，pthread_cond_broadcast函数唤醒，也可能在被信号中断后被唤醒。

pthread_cond_wait函数的返回并不意味着条件的值一定发生了变化，必须重新检查条件的值。

pthread_cond_wait函数返回时，相应的互斥锁将被当前线程锁定，即使是函数出错返回。

一般一个条件表达式都是在一个互斥锁的保护下被检查。当条件表达式未被满足时，线程将仍然阻塞在这个条件变量上。当另一个线程改变了条件的值并向条件变量发出信号时，等待在这个条件变量上的一个线程或所有线程被唤醒，接着都试图再次占有相应的互斥锁。

阻塞在条件变量上的线程被唤醒以后，直到pthread_cond_wait()函数返回之前条件的值都有可能发生变化。所以函数返回以后，在锁定相应的互斥锁之前，必须重新测试条件值。最好的测试方法是循环调用pthread_cond_wait函数，并把满足条件的表达式置为循环的终止条件。如：

pthread_mutex_lock();

while (condition_is_false)

pthread_cond_wait();

pthread_mutex_unlock();

阻塞在同一个条件变量上的不同线程被释放的次序是不一定的。

注意：pthread_cond_wait()函数是退出点，如果在调用这个函数时，已有一个挂起的退出请求，且线程允许退出，这个线程将被终止并开始执行善后处理函数，而这时和条件变量相关的互斥锁仍将处在锁定状态。

 

3.解除在条件变量上的阻塞pthread_cond_signal

#include <pthread.h>

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cv);

返回值：函数成功返回0；任何其他返回值都表示错误

函数被用来释放被阻塞在指定条件变量上的一个线程。

必须在互斥锁的保护下使用相应的条件变量。否则对条件变量的解锁有可能发生在锁定条件变量之前，从而造成死锁。

唤醒阻塞在条件变量上的所有线程的顺序由调度策略决定，如果线程的调度策略是SCHED_OTHER类型的，系统将根据线程的优先级唤醒线程。

如果没有线程被阻塞在条件变量上，那么调用pthread_cond_signal()将没有作用。

 

4.阻塞直到指定时间pthread_cond_timedwait

#include <pthread.h>

#include <time.h>

int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cv,

pthread_mutex_t *mp, const structtimespec * abstime);

返回值：函数成功返回0；任何其他返回值都表示错误

函数到了一定的时间，即使条件未发生也会解除阻塞。这个时间由参数abstime指定。函数返回时，相应的互斥锁往往是锁定的，即使是函数出错返回。

注意：pthread_cond_timedwait函数也是退出点。

超时时间参数是指一天中的某个时刻。使用举例：

pthread_timestruc_t to;

to.tv_sec = time(NULL) + TIMEOUT;

to.tv_nsec = 0;

超时返回的错误码是ETIMEDOUT。

 

5.释放阻塞的所有线程pthread_cond_broadcast

#include <pthread.h>

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cv);

返回值：函数成功返回0；任何其他返回值都表示错误

函数唤醒所有被pthread_cond_wait函数阻塞在某个条件变量上的线程，参数cv被用来指定这个条件变量。当没有线程阻塞在这个条件变量上时，pthread_cond_broadcast函数无效。

由于pthread_cond_broadcast函数唤醒所有阻塞在某个条件变量上的线程，这些线程被唤醒后将再次竞争相应的互斥锁，所以必须小心使用pthread_cond_broadcast函数。

 

6.释放条件变量pthread_cond_destroy

#include <pthread.h>

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cv);

返回值：函数成功返回0；任何其他返回值都表示错误

释放条件变量。

注意：条件变量占用的空间并未被释放。

 

7.唤醒丢失问题

在线程未获得相应的互斥锁时调用pthread_cond_signal或pthread_cond_broadcast函数可能会引起唤醒丢失问题。

唤醒丢失往往会在下面的情况下发生：

1. 一个线程调用pthread_cond_signal或pthread_cond_broadcast函数；
2. 另一个线程正处在测试条件变量和调用pthread_cond_wait函数之间；
3. 没有线程正在处在阻塞等待的状态下。

说明，
等待线程
1。使用pthread_cond_wait前要先加锁
2。pthread_cond_wait内部会解锁，然后等待条件变量被其它线程激活
3。pthread_cond_wait被激活后会再自动加锁

激活线程：
1。加锁（和等待线程用同一个锁）
2。pthread_cond_signal发送信号
3。解锁
激活线程的上面三个操作在运行时间上都在等待线程的pthread_cond_wait函数内部。

 

#include <stdio.h>  
#include <pthread.h>  
#include <unistd.h>  
  
pthread_mutex_t count_lock;  
pthread_cond_t count_nonzero;  
unsigned count = 0;  
  
void *decrement_count(void *arg)  
{  
    pthread_mutex_lock(&count_lock);  
    printf("decrement_count get count_lock/n");  
    while(count == 0)  
    {  
        printf("decrement_count count == 0 /n");  
        printf("decrement_count before cond_wait /n");  
        pthread_cond_wait(&count_nonzero, &count_lock);  
        printf("decrement_count after cond_wait /n");  
    }  
  
    count = count + 1;  
    pthread_mutex_unlock(&count_lock);  
}  
  
void *increment_count(void *arg)  
{  
    pthread_mutex_lock(&count_lock);  
    printf("increment_count get count_lock /n");  
    if(count == 0)  
    {  
        printf("increment_count before cond_signal /n");  
        pthread_cond_signal(&count_nonzero);  
        printf("increment_count after cond_signal /n");  
    }  
  
    count = count + 1;  
    pthread_mutex_unlock(&count_lock);  
}  
  
int main(void)  
{  
    pthread_t tid1, tid2;  
  
    pthread_mutex_init(&count_lock, NULL);  
    pthread_cond_init(&count_nonzero, NULL);  
  
    pthread_create(&tid1, NULL, decrement_count, NULL);  
    sleep(2);  
    pthread_create(&tid2, NULL, increment_count, NULL);  
  
    sleep(10);  
    pthread_exit(0);  
  
    return 0;  
} 

 

运行结果：

[work@db-testing-com06-vm3.db01.baidu.com pthread]$ gcc -o pthread_cond pthread_cond.c -lpthread
[work@db-testing-com06-vm3.db01.baidu.com pthread]$ ./pthread_cond 
decrement_count get count_lock
decrement_count count == 0 
decrement_count before cond_wait 
increment_count get count_lock 
increment_count before cond_signal 
increment_count after cond_signal 
decrement_count after cond_wait