條件變量 · cpp

[TOC] # 簡介與互斥鎖不同，條件變量是用來等待而不是用來上鎖的，**條件變量本身不是鎖**！條件變量用來自動阻塞一個線程，直到某特殊情況發生為止。通常條件變量和互斥鎖同時使用。條件變量的兩個動作： * 條件不滿, 阻塞線程 * 當條件滿足, 通知阻塞的線程開始工作條件變量的類型: pthread\_cond\_t。 # pthread_cond_init函數 ~~~ #include <pthread.h> ? int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr); 功能：初始化一個條件變量參數： cond：指向要初始化的條件變量指針。 attr：條件變量屬性，通常為默認值，傳NULL即可也可以使用靜態初始化的方法，初始化條件變量： pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER; 返回值：成功：0 失敗：非0錯誤號 ~~~ # pthread_cond_destroy函數 ~~~ #include <pthread.h> ? int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond); 功能：銷毀一個條件變量參數： cond：指向要初始化的條件變量指針返回值：成功：0 失敗：非0錯誤號 ~~~ # pthread_cond_wait函數 ~~~ #include <pthread.h> ? int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex); 功能：阻塞等待一個條件變量 a) 阻塞等待條件變量cond（參1）滿足 b) 釋放已掌握的互斥鎖（解鎖互斥量）相當于pthread_mutex_unlock(&mutex); a) b) 兩步為一個原子操作。 c) 當被喚醒，pthread_cond_wait函數返回時，解除阻塞并重新申請獲取互斥鎖pthread_mutex_lock(&mutex); ? 參數： cond：指向要初始化的條件變量指針 mutex：互斥鎖 ? 返回值：成功：0 失敗：非0錯誤號 ~~~ ~~~ int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct .*restrict abstime); 功能：限時等待一個條件變量 ? 參數： cond：指向要初始化的條件變量指針 mutex：互斥鎖 abstime：絕對時間 ? 返回值：成功：0 失敗：非0錯誤號 ~~~ abstime補充說明： ~~~ struct timespec { time_t tv_sec; /* seconds */ // 秒 long tv_nsec; /* nanosecondes*/ // 納秒 } ? time_t cur = time(NULL); //獲取當前時間。 struct timespec t; //定義timespec 結構體變量t t.tv_sec = cur + 1; // 定時1秒 pthread_cond_timedwait(&cond, &t); ~~~ # pthread_cond_signal函數喚醒至阻塞在條件變量上的線程 ~~~ #include <pthread.h> ? int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond); 功能：喚醒至少一個阻塞在條件變量上的線程參數： cond：指向要初始化的條件變量指針返回值：成功：0 失敗：非0錯誤號 ? int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond); 功能：喚醒全部阻塞在條件變量上的線程參數： cond：指向要初始化的條件變量指針返回值：成功：0 失敗：非0錯誤號 ~~~ # 生產者消費者條件變量模型線程同步典型的案例即為生產者消費者模型，而借助條件變量來實現這一模型，是比較常見的一種方法。假定有兩個線程，一個模擬生產者行為，一個模擬消費者行為。兩個線程同時操作一個共享資源（一般稱之為匯聚），生產向其中添加產品，消費者從中消費掉產品。 ~~~ // 節點結構 typedef struct node { int data; struct node* next; }Node; ? // 永遠指向鏈表頭部的指針 Node* head = NULL; ? // 線程同步 - 互斥鎖 pthread_mutex_t mutex; // 阻塞線程 - 條件變量類型的變量 pthread_cond_t cond; ? // 生產者 void* producer(void* arg) { while (1) { // 創建一個鏈表的節點 Node* pnew = (Node*)malloc(sizeof(Node)); // 節點的初始化 pnew->data = rand() % 1000; // 0-999 ? // 使用互斥鎖保護共享數據 pthread_mutex_lock(&mutex); // 指針域 pnew->next = head; head = pnew; printf("====== produce: %lu, %d\n", pthread_self(), pnew->data); pthread_mutex_unlock(&mutex); ? // 通知阻塞的消費者線程，解除阻塞 pthread_cond_signal(&cond); ? sleep(rand() % 3); } return NULL; } ? void* customer(void* arg) { while (1) { pthread_mutex_lock(&mutex); // 判斷鏈表是否為空 if (head == NULL) { // 線程阻塞 // 該函數會對互斥鎖解鎖 pthread_cond_wait(&cond, &mutex); // 解除阻塞之后，對互斥鎖做加鎖操作 } // 鏈表不為空 - 刪掉一個節點 - 刪除頭結點 Node* pdel = head; head = head->next; printf("------ customer: %lu, %d\n", pthread_self(), pdel->data); free(pdel); pthread_mutex_unlock(&mutex); } return NULL; } ? int main(int argc, const char* argv[]) { pthread_t p1, p2; // init pthread_mutex_init(&mutex, NULL); pthread_cond_init(&cond, NULL); ? // 創建生產者線程 pthread_create(&p1, NULL, producer, NULL); // 創建消費者線程 pthread_create(&p2, NULL, customer, NULL); ? // 阻塞回收子線程 pthread_join(p1, NULL); pthread_join(p2, NULL); ? pthread_mutex_destroy(&mutex); pthread_cond_destroy(&cond); ? return 0; } ~~~ # 條件變量的優缺點相較于mutex而言，條件變量可以減少競爭。如直接使用mutex，除了生產者、消費者之間要競爭互斥量以外，消費者之間也需要競爭互斥量，但如果匯聚（鏈表）中沒有數據，消費者之間競爭互斥鎖是無意義的。有了條件變量機制以后，只有生產者完成生產，才會引起消費者之間的競爭。提高了程序效率。