boost的mutex，condition_variable非常好用。但是在Linux上，boost实际上做的是对pthread_mutex_t 和pthread_cond_t的一系列的封装。因此通过对原生态的POSIX 的mutex，cond的生成者，消费者的实现，我们可以再次体会boost带给我们的便利。
1. 什么是互斥量
互斥量从本质上说是一把锁，在访问共享资源前对互斥量进行加锁，在访问完成后释放互斥量上的锁。对互斥量进行加锁以后，任何其他试图再次对互斥量加锁的线 程将会被阻塞直到当前线程释放该互斥锁。如果释放互斥锁时有多个线程阻塞，所以在该互斥锁上的阻塞线程都会变成可进行状态，第一个变成运行状态的线程可以 对互斥量加锁，其他线程在次被阻塞，等待下次运行状态。
pthread_mutex_t 就是POSIX对于mutex的实现。
| 函数名 | 参数 | 说明 |
| pthread_mutex_init |
pthread_mutex_t * mutex, constpthread_mutex_t *attr |
初始化一个互斥量，静态方式可以直接使用PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER进行赋值初始化 |
| pthread_mutex_destroy | pthread_mutex_t *mutex | 释放对互斥变量分配的资源。注意pthread_mutex_init有可能malloc了资源 |
| pthread_mutex_lock | pthread_mutex_t *mutex | 如果互斥量已经上锁，调用线程阻塞直至互斥量解锁 |
| pthread_mutex_trylock | pthread_mutex_t *mutex | 加锁，如果失败不阻塞 |
| pthread_mutex_unlock | pthread_mutex_t *mutex | 解锁 |
使用init函数进行初始化：
- #include <pthread.h>
- pthread_mutex_t foo_mutex;
- void foo()
- {
- pthread_mutex_init(&foo_mutex, NULL);
- pthread_mutex_lock(&foo_mutex);
- /* Do work. */
- pthread_mutex_unlock(&foo_mutex);
- pthread_mutex_destroy(&foo_mutex);
- }
当然该初始化
- pthread_mutex_init(&foo_mutex, NULL);
只能foo_mutex使用前初始化一次，最后destroy。初始化已经初始化的mutex将导致undefined behavior。
另外一种用法：
- pthread_mutex_t foo_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
- void foo()
- {
- pthread_mutex_lock(&foo_mutex);
- /* Do work. */
- pthread_mutex_unlock(&foo_mutex);
- }
当
然了，这两种用法都有问题：如果在lock住后unlock之前出现exception，那么这个锁永远也不能unlock。这种情况下需要guard这
个资源。具体可参照boost::mutex::scoped_lock的实现，非常简单但是极大简化了mutex的安全使用。
2. 什么是条件变量
与互斥锁不同，条件变量是用来等待而不是用来上锁的。条件变量用来自动阻塞一个线程，直到某特殊情况发生为止。通常条件变量和互斥锁同时使用。
条件变量使我们可以睡眠等待某种条件出现。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）。
条件的检测是在互斥锁的保护下进行的。如果一个条件为假，一个线程自动阻塞，并释放等待状态改变的互斥锁。如果另一个线程改变了条件，它发信号给关联的条 件变量，唤醒一个或多个等待它的线程，重新获得互斥锁，重新评价条件。如果两进程共享可读写的内存，条件变量可以被用来实现这两进程间的线程同步。
条件变量的初始化和mutex的初始化差不多，也是有两种方式：
pthread_cond_tmy_condition=PTHREAD_COND_INITIALIZER;
也可以利用函数pthread_cond_init动态初始化。
下面中各个函数的简介。
| 函数名 | 参数 | 说明 |
| pthread_cond_init | pthread_cond_t *cond, const pthread_condattr_t *attr |
初始化 |
| pthread_cond_destroy | pthread_cond_t *cond | 回收 |
| pthread_cond_wait | pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex |
等待，无超时 |
| pthread_cond_timedwait | pthread_cond_t *cond,pthread_mutex_t *mutex, const struct timespec *abstime |
等待，有超时 |
| pthread_cond_signal | pthread_cond_t *cond | 一个在相同条件变量上阻塞的线程将被解锁。如果同时有多个线程阻塞，则由调度策略确定接收通知的线程 |
| pthread_cond_broadcast | pthread_cond_t *cond | 将通知阻塞在这个条件变量上的所有线程。一旦被唤醒，线程仍然会要求互斥锁。 |
一个简单使用条件变量进行线程同步的小例子：
- #include <pthread.h>
- #include <stdio.h>
- #include <stdlib.h>
- pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
- pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
- void *thread1(void *);
- void *thread2(void *);
- int i=1;
- int main(void)
- {
- pthread_t t_a;
- pthread_t t_b;
- pthread_create(&t_a,NULL,thread2,(void *)NULL);/*create thread t_a*/
- pthread_create(&t_b,NULL,thread1,(void *)NULL); /*create thread t_b*/
- pthread_join(t_b, NULL);/*wait for exit of t_b*/
- pthread_join(t_a, NULL);
- pthread_mutex_destroy(&mutex);
- pthread_cond_destroy(&cond);
- exit(0);
- }
- void *thread1(void *junk)
- {
- for(i=1;i<=9;i++)
- {
- pthread_mutex_lock(&mutex);
- if(i%3==0)
- pthread_cond_signal(&cond);
- else
- printf("thread1 running, i = %d ",i);
- pthread_mutex_unlock(&mutex);
- sleep(1);
- }
- }
- void *thread2(void *junk)
- {
- while(i<9)
- {
- pthread_mutex_lock(&mutex);
- if(i%3!=0)
- pthread_cond_wait(&cond,&mutex);/*..*/
- printf("thread2 running, i = %d ",i);
- pthread_mutex_unlock(&mutex);
- sleep(1);
- }
- }
输出：
- thread1 running, i = 1
- thread1 running, i = 2
- thread2 running, i = 3
- thread1 running, i = 4
- thread1 running, i = 5
- thread2 running, i = 6
- thread1 running, i = 7
- thread1 running, i = 8
- thread2 running, i = 9
3. 生产者-消费者的实现
生产者消费者问题（英语：Producer-consumer problem），也称有限缓冲问题（英语：Bounded-buffer problem），是一个多线程同步问题的经典案例。该问题描述了两个共享固定大小缓冲区的 线程——即所谓的“生产者”和“消费者”——在实际运行时会发生的问题。生产者的主要作用是生成一定量的数据放到缓冲区中，然后重复此过程。与此同时，消 费者也在缓冲区消耗这些数据。该问题的关键就是要保证生产者不会在缓冲区满时加入数据，消费者也不会在缓冲区中空时消耗数据。
- #include <stdio.h>
- #include <stdlib.h>
- #define MAX 5
- pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; /*初始化互斥锁*/
- pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;/*初始化条件变量*/
- typedef struct{
- char buffer[MAX];
- int how_many;
- }BUFFER;
- BUFFER share={"",0};
- char ch='A';/*初始化ch*/
- void *producer(void *);
- void *consumer(void *);
- int main(void)
- {
- pthread_t t_read;
- pthread_t t_write;
- pthread_create(&t_write,NULL,producer,(void *)NULL); /*创建进程t_a*/
- pthread_create(&t_read,NULL,consumer,(void *)NULL); /*创建进程t_b*/
- pthread_join(t_write,(void **)NULL);
- pthread_join(t_read, NULL);
- exit(0);
- }
- void *producer(void *junk)
- {
- int n=0;
- printf("Producer: starting ");
- while(ch!='K')
- {
- pthread_mutex_lock(&mutex);/*锁住互斥量*/
- if(share.how_many!=MAX)
- {
- share.buffer[share.how_many++]=ch++;/*把字母写入缓存*/
- printf("Producer: put char[%c] ",ch-1);/*打印写入字母*/
- if(share.how_many==MAX)
- {
- printf("Producer: signaling full ");
- pthread_cond_signal(&cond);/*如果缓存中的字母到达了最大值就发送信号*/
- }
- }
- pthread_mutex_unlock(&mutex);/*解锁互斥量*/
- }
- sleep(1);
- printf("Producer:Exiting ");
- return NULL;
- }
- void *consumer(void *junk)
- {
- int i;
- int n=0;
- printf("Consumer: starting ");
- while(ch!='K')
- {
- pthread_mutex_lock(&mutex);/*锁住互斥量*/
- printf(" Consumer : Waiting ");
- while(share.how_many!=MAX)/*如果缓存区字母不等于最大值就等待*/
- pthread_cond_wait(&cond,&mutex);
- printf("Consumer: getting buffer:: ");
- for(i=0;share.buffer[i]&&share.how_many;++i,share.how_many--)
- putchar(share.buffer[i]); /*循环输出缓存区字母*/
- putchar(' ');
- pthread_mutex_unlock(&mutex);/*解锁互斥量*/
- }
- printf("Consumer: exiting ");
- return NULL;
- }
输出：Producer: starting
Producer: put char[A]
Producer: put char[B]
Producer: put char[C]
Producer: put char[D]
Producer: put char[E]
Producer: signaling full
Consumer: starting
Consumer : Waiting
Consumer: getting buffer:: ABCDE
Consumer : Waiting
Producer: put char[F]
Producer: put char[G]
Producer: put char[H]
Producer: put char[I]
Producer: put char[J]
Producer: signaling full
Consumer: getting buffer:: FGHIJ
Consumer: exiting
Producer:Exiting