条件变量（Condition Variables）
参考资料：http://game-lab.org/posts/posix-thread-cn/#5.1
条件变量是什么？
- 条件变量为我们提供了另一种线程间同步的方法，然而，互斥量是通过控制线程访问数据来实现同步，条件变量允许线程同步是基于实际数据的值。
- 如果没有条件变量，程序员需要让线程不断地轮询，以检查是否满足条件。由于线程处在一个不间断的忙碌状态，所以这是相当耗资源的。条件变量就是这么一个不需要轮询就可以解决这个问题的方法。
- 条件变量总是跟互斥锁（mutex lock）一起使用。
- 下面是使用条件变量的比较典型的过程：
主线程
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线程A
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Thread B
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主线程
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创建和销毁条件变量
函数：
pthread_cond_init (condition,attr) pthread_cond_destroy (condition) pthread_condattr_init (attr) pthread_condattr_destroy (attr)
用法：
- 条件变量必须声明为pthread_cond_t类型，并且在使用前必须要初始化。初始化，有两种方法：
- 静态初始化，像这样声明：pthread_con_t myconvar = PTHREAD_CON_INITIALIZER；
- 动态初始化，使用pthread_cond_init()函数。用创建条件变量的ID作为件参数传给线程，这种方法允许设置条件变量对象属性attr。
- 可设置的attr对象经常用来设置条件变量的属性，条件变量只有一种属性：process-thread，它的作用是允许条件变量被其它进程的线程看到。如果使用属性对象，必须是pthread_condattr_t类型（也可以赋值为NULL，作为默认值）。
注意，不是所有的实现都用得着process-shared属性。
- pthread_condattr_init()和pthread_condattr_destroy()函数是用来创建和销毁条件变量属性对象的。
- 当不再需要某条件变量时，可用pthread_cond_destroy()销毁。
条件变量的等待和信号发送
函数：
pthread_cond_wait (condition,mutex) pthread_cond_signal (condition) pthread_cond_broadcast (condition)
使用：
- pthread_cond_wait()阻塞调用线程，直到指定的条件变量收到信号。当互斥量被锁定时，应该调用这个函数，并且在等待时自动释放这个互斥量，在接收到信号后线程被唤醒，线程的互斥量会被自动锁定,程序员在线程中应当在此函数后解锁互斥量。
- pthread_cond_signal()函数常用来发信号给（或唤醒）正在等待条件变量的另一个线程，在互斥量被锁定后应该调用这个函数，并且为了pthread_cond_wait()函数的完成必须要解锁互斥量。
- 如果多个线程处于阻塞等待状态，那么必须要使用pthreads_cond_broadcast()函数，而不是pthread_cond_signal()。
- 在调用pthread_cond_wait()函数之前调用pthread_cond_signal()函数是个逻辑上的错误，所以，在使用这些函数时，正确的锁定和解锁与条件变量相关的互斥量是非常必要的，例如：
- 在调用pthread_cond_wait()之前锁定互斥量失败，可致使其无法阻塞；
- 在调用pthread_cond_signal()之后解锁互斥量失败，则致使与之对应的pthread_cond_wait()函数无法完成，并仍保持阻塞状态。
实例分析
1 /******************************************************************************
2 * 描述：
3 * 应用Pthreads条件变量的实例代码，主线程创建三个线程，其中两个为“count”变量做
4 * 加法运算，第三个线程监视“count”的值。当“count”达到一个限定值，等待线程准备接收来
5 * 自于两个加法线程中一个的信号，等待 线程唤醒后更改“count”的值。程序继续运行直到加法
6 * 线程达到TCOUNT的值。最后，主程序打印出count的值。
7 ******************************************************************************/
8 #include <pthread.h>
9 #include <stdio.h>
10 #include <stdlib.h>
11
12 #define NUM_THREADS 3
13 #define TCOUNT 5 //单线程轮询次数
14 #define COUNT_LIMIT 7 //发送信号的次数
15 int count = 0; //全局的累加量
16
17 pthread_mutex_t count_mutex;
18 pthread_cond_t count_threshold_cv;
19
20 void *inc_count(void *t) {
21 int i;
22 long my_id = (long) t;
23
24 for (i = 0; i < TCOUNT; i++) {
25 pthread_mutex_lock(&count_mutex);
26 count++;
27 /*
28 * 检查count的值，如果条件满足就发信号给等待线程
29 * 注意，此处是用信号量锁定的。
30 * */
31 if (count < COUNT_LIMIT) {
32 printf("inc_count(): thread %ld, count = %d Threshold reached. ",
33 my_id, count);
34 pthread_cond_signal(&count_threshold_cv);
35 printf("Just sent signal.\n");
36 }
37 printf("inc_count(): thread %ld, count = %d, unlocking mutex\n", my_id,
38 count);
39 pthread_mutex_unlock(&count_mutex);
40
41 /*为线程轮询互斥锁增加延时*/
42 sleep(1);
43 }
44 pthread_exit(NULL);
45 }
46
47 void *watch_count(void *t) {
48 long my_id = (long) t;
49 printf("Starting watch_count(): thread %ld\n", my_id);
50
51 /*锁定互斥量并等待信号，注意，pthread_cond_wait函数在等待时将自动以自动原子方式
52 * 解锁互斥量。还有，请注意，如果等待线程运行到等待函数之前已经满足COUNT_LIMIT的
53 * 条件判断，轮询会忽略掉等待函数，
54 * */
55 while (count < COUNT_LIMIT) {
56 pthread_mutex_lock(&count_mutex);
57 printf("watch_count(): thread %ld going into wait...\n", my_id);
58 pthread_cond_wait(&count_threshold_cv, &count_mutex);
59 printf("watch_count(): thread %ld Condition signal received.\n", my_id);
60
61 printf("watch_count(): thread %ld count now = %d.\n", my_id, count);
62 pthread_mutex_unlock(&count_mutex);
63 }
64 pthread_exit(NULL);
65 }
66
67 int main(int argc, char *argv[]) {
68 int i;
69 long t1 = 1, t2 = 2, t3 = 3;
70 pthread_t threads[3];
71 pthread_attr_t attr;
72
73 /*初始化互斥量和条件变量对象*/
74 pthread_mutex_init(&count_mutex, NULL);
75 pthread_cond_init(&count_threshold_cv, NULL);
76
77 /*创建线程时设为可连接状态，便于移植*/
78 pthread_attr_init(&attr);
79 pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE);
80 pthread_create(&threads[0], &attr, watch_count, (void *) t1);
81 pthread_create(&threads[1], &attr, inc_count, (void *) t2);
82 pthread_create(&threads[2], &attr, inc_count, (void *) t3);
83
84 /* 等待所有线程完成*/
85 for (i = 1; i < NUM_THREADS; i++) {
86 pthread_join(threads[i], NULL);
87 }
88 /*发送信号给监听线程*/
89 pthread_cond_signal(&count_threshold_cv);
90 pthread_join(threads[0],NULL);
91 printf("Main(): Waited on %d threads. Final value of count = %d. Done.\n",
92 NUM_THREADS, count);
93
94 /*清除并退出 */
95 pthread_attr_destroy(&attr);
96 pthread_mutex_destroy(&count_mutex);
97 pthread_cond_destroy(&count_threshold_cv);
98 pthread_exit(NULL);
99 }
时间： 2024-10-11 23:21:41