linux编程：线程条件同步

引言

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（此时不再占用cpu）；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。

函数原型

1. 定义条件变量

#include <pthread.h>

/* 定义两个条件变量 */
pthread_cond_t cond_pro, cond_con;

2. 初始化和销毁条件变量

#include <pthread.h>

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr);

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

/* 初始化条件变量 */
pthread_cond_init(&cond_pro, NULL);
pthread_cond_init(&cond_con, NULL);
/* 销毁条件变量 */
pthread_cond_destroy(&cond_pro);
pthread_cond_destroy(&cond_pro);

3. 等待和激发条件

#include <pthread.h>

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond,  pthread_mutex_t *restrict mutex);

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);

/* 等待条件 */
/* 注意：pthread_cond_wait为阻塞函数。解开锁，再等待。等条件满足时，需要抢到锁，才可以被唤醒*/    
pthread_cond_wait(&cond_pro,&mutex); 

/* 激发条件 */
/* 所有因为不满足条件的线程都会阻塞在条件变量cond_pro中的一个队列中 */
/* 以广播方式，通知所有被阻塞的所有线程 */
pthread_cond_broadcast(&cond_pro);
/* 以signal方式，只通知排在最前面的线程 */
pthread_cond_signal(&cond_pro);

代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#define CELL 10
#define FLORE 0



int i = 0; /* 所有线程共享的全局变量，此处假定至多递增至10，最小减到0 */

pthread_mutex_t mutex;              /* 定义互斥锁 */
pthread_cond_t cond_pro, cond_con;  /* 定义两个条件变量 */

/* 生产者线程 */
void* pro_handler(void *arg)
{
    pthread_detach(pthread_self());   /* 由系统回收线程资源，而非主线程回收资源 ，此类情况主线程是个服务器，永久不会退出 */
    
    while(1)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        while(i >= CELL)   //文尾有注释，这里有一个细节很重要
        {
            pthread_cond_wait(&cond_pro,&mutex); 
            /* continue是轮询，此处是阻塞 */
            /* 把锁放开再等 ，第一个参数是结构体指针，其中有成员存放被阻塞的函数 */
            /*不占cpu*/
            /* 不满足条件时才会等 ，需要别人告诉它，才能唤醒它*//* 当它返回时，锁也要回来了*/
        }
        i++;
        if(i == 1)
        {
            /* 由空到不空，唤醒消费者 */
            pthread_cond_signal(&cond_con);    /*不会立马signal被阻塞的消费者线程，因为其还要等锁抢回来*/
        }
        printf("add i: %d 
", i);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sleep(rand() % 5 + 1);
    }
}

/* 消费者线程 */
void* con_handler(void *arg)
{
    pthread_detach(pthread_self());
    while(1)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        while(i <= FLORE)
        {
            pthread_cond_wait(&cond_cno,&mutex);
        }
        i--;
        if(i == 9) /* 由满到不满，要告诉生产者,以便将其唤醒 *//*此处，直接signal也可以，我们是为了更加精确*/
        {
            pthread_cond_signal(&cond_pro);
        }
        printf("con i: %d 
", i);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sleep(rand() % 5 + 1);
    }
}

int main(int argc, char *argv[]) // exe +num -num
{
    srand(getpid());
    int con_cnt, pro_cnt;
    pro_cnt = atoi(argv[1]);
    con_cnt = atoi(argv[2]);
    pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
    pthread_cond_init(&cond_pro,NULL);
    pthread_cond_init(&cond_con,NULL);
    pthread_t *arr = (pthread_t*)calloc(con_cnt + pro_cnt , sizeof(pthread_t));
    int index = 0;
    while(pro_cnt > 0)
    {
        pthread_create(arr + index, NULL, pro_handler, NULL);
        index++;
        pro_cnt--;
    }
    while(con_cnt > 0)
    {
        pthread_create(arr + index, NULL, con_handler, NULL);
        index++;
        con_cnt--;
    }
    while(1);
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    pthread_cond_destroy(&cond_pro);
    pthread_cond_destroy(&cond_con);
    return 0;
}

注意

无论是在生产者线程，还是在消费者线程中。标记黄色部分的判断条件必须用while。以生产者线程举例，当i>=CELL时，也就是i满时，此时执行pthread_cond_wait(&cond_cno,&mutex); 该生产者线程被挂起。必须等到消费者线程pthread_cond_signal(&cond_pro); 将其唤醒。但是消费者将其signal还不够，被挂其的生产者线程必须重新拿到锁，才可以被激活。但是，由于在消费者signal的同时，生产者并不能立即抢到锁，所以此时可能i值又改变变为大于等于10了。因此必须用while。不然可能导致i>10。 （我们最初学习的时候用的是if(判断是否满队)） ，如果满队，则放锁并沉睡，问题出现在 被唤醒时，

差别 ：if 条件判断 被唤醒的时候（继续执行那一条代码） 直接执行对队的加1操作 不会判断是否满队

　　  　　while（）条件判断，则在被唤醒时，先判断是否满队，如果满队的话则继续沉睡。