条件变量
作者：CppExplore 网址：http://www.cppblog.com/CppExplore/
为了后面写的《网络模型（二）》，多写一篇关于线程的。线程使用涉及的主要数据结构以及应用框架可以参考http://www.cppblog.com/CppExplore/archive/2008/01/15/41175.html。本文的主要目的是给出linux下实用的线程消息队列实现。
一、linux上线程相关的操作有下面几种：
（1）pthread_t类型的创建、属性创建设置等。
这类具体可以:man pthread_creat; man pthread_attr_init;man pthread_detach;man pthread_join;等查看
（2）pthread_mutex_t类型的操作。
这类具体可以: man pthread_mutex_init可以看到所有相关的操作。
（3）pthread_cond_t类型的操作。同样：man pthread_cond_init。pthread_cond_t的wait和signal操作一定要和pthread_mutex_t的lock、unlock配合使用。类似于此：
pthread_mutex_t mux=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;pthread_cond_t cond=PTHREAD_COND_INITIALIZER;//wait操作：pthread_mutex_lock(&mux);pthread_cond_wait(&cond,&mux);//睡眠前将内部会执行pthread_mutex_unlock，醒来时内部会执行pthread_mutex_lockpthread_mutex_unlock(&mux);//signal操作pthread_mutex_lock(&mux);pthread_cond_signal(&cond);pthread_mutex_unlock(&mux);（4）sem_t类型的操作。同样:man sem_init 这个系列一般是用不到的，太重量级了，也是最强大的一种。
二、linux2.6内核的线程库。2.6内核的默认安装的是redhat公司的NPTL（原生posix线程库），以前内核安装的是LinuxThreads库，两者的简单介绍可以看http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-threading.html。不过对于应用者，分析两者的区别和优劣也没什么大意义。这里特别提下NPTL的futex机制。借助该机制，pthread_mutex的性能大大提高，只要不进入竞争态，进程就不会陷入内核态。这点可以自己写示例程序，通过strace -c 跟踪进程的系统调用得以证实，另外还可以证实总是进入内核态的操作有pthread_cond_signal和sem_post。
三、实用的线程消息队列实现。下面设计一个具有线程消息队列的线程封装类。通过上面的分析，我们可以有如下结论：
（1）减少pthread_cond_signal和sem_post的调用，只在有必要的时候调用；
（2）尽量避免pthread_mutex进入竞争态。增大消息队列的大小，可以有效减少竞态条件的出现。
下面给出一个实用的线程消息队列的实现类，这个类也将是以后《网络模型》文章中用到的线程消息队列类，代码注释请看对私有属性的注释：
class CThreadQueue
{
public: CThreadQueue(int queueSize=1024): sizeQueue(queueSize),lput(0),lget(0),nFullThread(0),nEmptyThread(0),nData(0)
{ pthread_mutex_init(&mux,0); pthread_cond_init(&condGet,0); pthread_cond_init(&condPut,0); buffer=new (void *)[sizeQueue];
} virtual ~CThreadQueue() { delete[] buffer; } void * getq() { void *data; pthread_mutex_lock(&mux); while(lget==lput&&nData==0)//此处循环判断的原因如下：假设2个线程在getq阻塞，然后两者都被激活，而其中一个线程运行比较块，快速消耗了2个数据，另一个线程醒来的时候已经没有新数据可以消耗了。另一点，man pthread_cond_wait可以看到，该函数可以被信号中断返回，此时返回EINTR。为避免以上任何一点，都必须醒来后再次判断睡眠条件。更正：pthread_cond_wait是信号安全的系统调用，不会被信号中断。 { nEmptyThread++; pthread_cond_wait(&condGet,&mux); nEmptyThread--; } data=buffer[lget++]; nData--; if(lget==sizeQueue) { lget=0; } if(nFullThread) //必要时才进行signal操作，勿总是signal { pthread_cond_signal(&condPut); } pthread_mutex_unlock(&mux); return data; } void putq(void *data) { pthread_mutex_lock(&mux); while(lput==lget&&nData) { nFullThread++; pthread_cond_wait(&condPut,&mux); nFullThread--; } buffer[lput++]=data; nData++; if(lput==sizeQueue) { lput=0; } if(nEmptyThread) { pthread_cond_signal(&condGet); } pthread_mutex_unlock(&mux); }private: pthread_mutex_t mux; pthread_cond_t condGet; pthread_cond_t condPut; void * * buffer; //循环消息队列 int sizeQueue; //队列大小 int lput; //location put 放数据的指针偏移 int lget; //location get 取数据的指针偏移 int nFullThread; //队列满，阻塞在putq处的线程数 int nEmptyThread; //队列空，阻塞在getq处的线程数 int nData; //队列中的消息个数，主要用来判断队列空还是满
};
下面给出这个线程消息队列的一个使用举例：
#include <pthread.h>#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <stdlib.h>CThreadQueue queue;//使用的时候给出稍大的CThreadQueue初始化参数，可以减少进入内核态的操作。void * produce(void * arg){ int i=0; pthread_detach(pthread_self()); while(i++<100) { queue.putq((void *)i); }}void *consume(void *arg){ int data; while(1) { data=(int)(queue.getq()); printf("data=%d\n",data) }}int main(){ pthread_t pid; int i=0; while(i++<3) pthread_create(&pid,0,produce,0); i=0; while(i++<3) pthread_create(&pid,0,consume,0); sleep(300);}
评论
1.getq，putq有timeout的重载函数就更使用了，ace里面就是这么搞得，否则服务程序退出就是个问题，或者其它退出方式？
2.在析构函数里面应该destroy分配的mutex，conditon，呵呵，瑕不掩瑜。
3.你这系列的文章很使用，强烈支持写下去！ 回复 更多评论
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pthread_cond_wait 不会被信号中断的.
man pthread_cond_wait:
These functions shall not return an error code of [EINTR] 回复 更多评论
多谢。最近看到了，这个是信号安全的系统调用。 回复 更多评论
while(lget==lput&&nData==0)//此处循环判断的原因如下：假设2个线程在getq阻塞，然后两者都被激活，而其中一个线程运行比较块，快速消耗了2个数据，另一个线程醒来的时候已经没有新数据可以消耗了。另一点，man pthread_cond_wait可以看到，该函数可以被信号中断返回，此时返回EINTR。为避免以上任何一点，都必须醒来后再次判断睡眠条件。更正：pthread_cond_wait是信号安全的系统调用，不会被信号中断。
请教一下，本类中，何时会出现2个线程同时被激活的情况？ 回复 更多评论
其它线程快速调用putq两次，如果有2个线程在getq处阻塞，就会被同时激活，而完全有可能，其中一个被激活的线程获取到了cpu，快速处理了2个消息。 回复 更多评论
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应该写成 buffer=new void *[sizeQueue]; 回复 更多评论
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互斥变量的竞争和队列长度有什么相关？
无论队列长短，凡是要操作队列的动作，都必须获取互斥锁啊。
比如，consumer线程都在工作，producer就要不断写队列最后把队列给写满了，这时候队列长点能够多缓冲数据。
条件变量的特点就是没有wait的情况下signal会被丢弃，比如consumer一直忙，producer的signal就会被丢弃的，但是没有关系，只有在队列空情况下producer才需要cond wait，有数据情况下根本不需要wait直接操作即可（mutex保证了互斥）。
信号量的每次操作都不会被丢弃，相对系统代价应该比cond高了一些的。 回复 更多评论
"尽量避免pthread_mutex进入竞争态。增大消息队列的大小，可以有效减少竞态条件的出现。 "
前一个句号：减少有人拿到了互斥锁的时候，再有人申请，此时后来者将陷入内核等待。
后一个句号：增大消息队列长度，可以减少pthread_cond_signal的调用频率，该调用总是陷入内核。
“互斥变量的竞争和队列长度有什么相关？ ”，没啥关系，上面中间是句号， 你当成逗号了吧，呵呵。
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