Linux 线程 条件变量

一：条件变量

　　直接上最基本的两个函数，先抓主要矛盾：

//等待条件
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restric mutex);

1:把调用线程放到所等待条件的线程列表上
2:对传进来已经加过锁的互斥量解锁
3:线程进入休眠状态等待被唤醒
注：1、2步为原子操作


//通知条件
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);

1:通知指定条件已经满足
2:等待线程重新锁定互斥锁
3:等待线程需要重新测试条件是否满足

---

---

---

 

二：生产者消费者　

　　下面是一个多线程，生产者消费者问题，一个队列放暂存的数据：

#include <iostream>
#include <queue>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

using std::cout;
using std::endl;
using std::queue;

#define N 100
#define ST 10

pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t ready = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

queue<int> que;

void* threadProducer(void* arg)
{
    while(true)
    {
        sleep(rand() % ST);
        
        cout << "Produce try in...
";
        pthread_mutex_lock(&lock);
        cout << "Produce in!
";
        int source = rand() % N;
        cout << "Produce " << source << endl;
        que.push(source);
        pthread_mutex_unlock(&lock);
        cout << "Produce out
";
        
        pthread_cond_signal(&ready);
    }
}

void* threadConsumer(void* arg)
{
    while(true)
    {
        sleep(rand() % ST);
        
        cout << "Consum try in...
";
        pthread_mutex_lock(&lock);
        cout << "Consum in!
";
        while(que.empty())
        {
            pthread_cond_wait(&ready, &lock);
            cout << "Consum from sleep
";
        }
        cout << "Consum " << que.front() << endl;
        que.pop();
        pthread_mutex_unlock(&lock);
        cout << "Consum out

";
    }
}

int main(void)
{
    pthread_t tProducer, tConsumer;    
    pthread_create(&tProducer, NULL, threadProducer, NULL);
    pthread_create(&tConsumer, NULL, threadConsumer, NULL);
    
    pthread_join(tProducer, NULL);
    pthread_join(tConsumer, NULL);

    exit(0);
}

看到倒数的三四行，消费者进去了，发现没有数据了，则睡眠了，然后生产者进去生产了。

---

---

---

 

三：打印的例子

　　下面是一个多线程的小例子，线程1打印非3的倍数，线程2打印3的倍数：

#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

using std::cout;
using std::endl;

pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t ready = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

int data = 0;

void* threadProducer(void* arg)
{
    int i;
    for(i = 1; i < 22; i++)
    {    
        sleep(1);
    
        if(i % 3 != 0)
        {
            cout << "thread1:" << i << endl;
        }
        else
        {
            pthread_mutex_lock(&lock);
            data = i;
            pthread_mutex_unlock(&lock);
            
            pthread_cond_signal(&ready);
        }    
    }
}

void* threadConsumer(void* arg)
{
    while(true)
    {
        pthread_mutex_lock(&lock);
        while(data == 0)    //no data
            pthread_cond_wait(&ready, &lock);
        cout <<"thread2:" << data << endl;
        if(data == 21)
            break;
        else
            data = 0;    //empty data
        pthread_mutex_unlock(&lock);
    }
}

int main(void)
{
    pthread_t tProducer, tConsumer;    
    pthread_create(&tProducer, NULL, threadProducer, NULL);
    pthread_create(&tConsumer, NULL, threadConsumer, NULL);
    
    pthread_join(tProducer, NULL);
    pthread_join(tConsumer, NULL);

    exit(0);
}

　　程序大致这样：线程1中的循环，如果i不是3的倍数就自己打印了，如果是的话，把这个数放到一个地方（由于这个地方可以被线程2发现，所以要加锁访问），然后唤醒等待数据的线程2（如果线程2还没有在等待，那么这个唤醒则丢失，这是个bug，见下），线程2被唤醒后，消费了这个3的倍数，清空数据区。

　　上面提到，如果唤醒线程2的消息没有被收到，则bug。看下面的代码，也就多了38一行，让线程2睡了一会，就在它睡觉的那么一会，线程1把3的倍数往那里一扔就走了，自己再继续下两个不是3倍数的数字，这就直接输出了下面两个数字，又到了3倍数，又扔过去覆盖了之前数字：

#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

using std::cout;
using std::endl;

pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t ready = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

int data = 0;

void* threadProducer(void* arg)
{
    int i;
    for(i = 1; i < 22; i++)
    {    
        sleep(1);
    
        if(i % 3 != 0)
        {
            cout << "thread1:" << i << endl;
        }
        else
        {
            pthread_mutex_lock(&lock);
            data = i;
            pthread_mutex_unlock(&lock);
            
            pthread_cond_signal(&ready);
        }    
    }
}

void* threadConsumer(void* arg)
{
    sleep(20);
    while(true)
    {
        pthread_mutex_lock(&lock);
        while(data == 0)    //no data
            pthread_cond_wait(&ready, &lock);
        cout <<"thread2:" << data << endl;
        if(data == 21)
            break;
        else
            data = 0;    //empty data
        pthread_mutex_unlock(&lock);
    }
}

int main(void)
{
    pthread_t tProducer, tConsumer;    
    pthread_create(&tProducer, NULL, threadProducer, NULL);
    pthread_create(&tConsumer, NULL, threadConsumer, NULL);
    
    pthread_join(tProducer, NULL);
    pthread_join(tConsumer, NULL);

    exit(0);
}

---

---

---

 

四：总结　　

　　从上面可以总结出下面的条件变量的生产者消费者代码模型：

//下面是生产者

pthread_mutex_lock(&lock);    //加锁访问临界区
/*在这里生产数据*/
pthread_mutex_unlock(&lock);    //解锁
    
pthread_cond_signal(&ready);    //通知消费者


//下面是消费者

pthread_mutex_lock(&lock);    //加锁访问临界区
while(没有待消费数据)
        pthread_cond_wait(&ready, &lock);    //睡在这里，等待被唤醒
/*被叫醒了，在这里消费数据*/
pthread_mutex_unlock(&lock);    //解锁