条件变量

条件变量：

       条件变量本身不是锁！但它也可以造成线程阻塞。通常与互斥锁配合使用。给多线程提供一个会合的场所。

主要应用函数：

       pthread_cond_init函数

       pthread_cond_destroy函数

       pthread_cond_wait函数

       pthread_cond_timedwait函数

       pthread_cond_signal函数

       pthread_cond_broadcast函数

以上6 个函数的返回值都是：成功返回0， 失败直接返回错误号。

       pthread_cond_t类型   用于定义条件变量

       pthread_cond_t cond;

pthread_cond_init函数

初始化一个条件变量

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

参2：attr表条件变量属性，通常为默认值，传NULL即可

也可以使用静态初始化的方法，初始化条件变量：

pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

pthread_cond_destroy函数

销毁一个条件变量

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

pthread_cond_wait函数

阻塞等待一个条件变量

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

函数作用：

1. 阻塞等待条件变量cond（参1）满足
2. 释放已掌握的互斥锁（解锁互斥量）相当于pthread_mutex_unlock(&mutex);

 1.2.两步为一个原子操作。

1. 当被唤醒，pthread_cond_wait函数返回时，解除阻塞并重新申请获取互斥锁pthread_mutex_lock(&mutex);

pthread_cond_timedwait函数

限时等待一个条件变量

int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct timespec *restrict abstime);

       参3：    参看man sem_timedwait函数，查看struct timespec结构体。

              struct timespec {

                     time_t tv_sec;        /* seconds */ 秒

                     long   tv_nsec;    /* nanosecondes*/ 纳秒

              }                                                      

形参abstime：绝对时间。                                                               

如：time(NULL)返回的就是绝对时间。而alarm(1)是相对时间，相对当前时间定时1秒钟。

                     struct timespec t = {1, 0};

                     pthread_cond_timedwait (&cond, &mutex, &t); 只能定时到 1970年1月1日 00:00:01秒(早已经过去)

              正确用法：

                     time_t cur = time(NULL); 获取当前时间。

struct timespec t;  定义timespec 结构体变量t

                     t.tv_sec = cur+1; 定时1秒

pthread_cond_timedwait (&cond, &mutex, &t); 传参                          参APUE.11.6线程同步条件变量小节

              在讲解setitimer函数时我们还提到另外一种时间类型：

        struct timeval {

             time_t      tv_sec;  /* seconds */ 秒

             suseconds_t tv_usec; /* microseconds */ 微秒

        };

pthread_cond_signal函数

唤醒至少一个阻塞在条件变量上的线程

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);

pthread_cond_broadcast函数

唤醒全部阻塞在条件变量上的线程

    int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);

生产者消费者条件变量模型

线程同步典型的案例即为生产者消费者模型，而借助条件变量来实现这一模型，是比较常见的一种方法。假定有两个线程，一个模拟生产者行为，一个模拟消费者行为。两个线程同时操作一个共享资源（一般称之为汇聚），生产向其中添加产品，消费者从中消费掉产品。

看如下示例，使用条件变量模拟生产者、消费者问题：

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

struct msg {
    struct msg *next;
    int num;
};
struct msg *head;

pthread_cond_t has_product = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void *consumer(void *p)
{
    struct msg *mp;
    for (;;) {
        pthread_mutex_lock(&lock);
        while (head == NULL) {           //头指针为空,说明没有节点    可以为if吗
            pthread_cond_wait(&has_product, &lock);
        }
        mp = head;      
        head = mp->next;                //模拟消费掉一个产品
        pthread_mutex_unlock(&lock);

        printf("-Consume ---%d
", mp->num);
        free(mp);
        sleep(rand() % 5);
    }
}
void *producer(void *p)
{
    struct msg *mp;
    while (1) {
        mp = malloc(sizeof(struct msg));
        mp->num = rand() % 1000 + 1;        //模拟生产一个产品
        printf("-Produce ---%d
", mp->num);

        pthread_mutex_lock(&lock);
        mp->next = head;
        head = mp;
        pthread_mutex_unlock(&lock);

        pthread_cond_signal(&has_product);  //将等待在该条件变量上的一个线程唤醒
        sleep(rand() % 5);
    }
}
int main(int argc, char *argv[])
{
    pthread_t pid, cid;
    srand(time(NULL));

    pthread_create(&pid, NULL, producer, NULL);
    pthread_create(&cid, NULL, consumer, NULL);

    pthread_join(pid, NULL);
    pthread_join(cid, NULL);
    return 0;
}

运行结果:

ubuntu1604@ubuntu:~/wangqinghe/linux/20190820$ ./conditionVar_product_consumer

-Produce ---276

-Consume ---276

-Produce ---514

-Consume ---514

-Produce ---889

-Consume ---889

^C

条件变量的优点：

       相较于mutex而言，条件变量可以减少竞争。

如直接使用mutex，除了生产者、消费者之间要竞争互斥量以外，消费者之间也需要竞争互斥量，但如果汇聚（链表）中没有数据，消费者之间竞争互斥锁是无意义的。有了条件变量机制以后，只有生产者完成生产，才会引起消费者之间的竞争。提高了程序效率。

/***
condition.c
***/
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<stdlib.h>

struct msg
{
    struct msg *next;
    int num;
};

struct msg *head;
struct msg *mp;

pthread_cond_t has_product = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void *consumer(void *p)
{
    for(;;)
    {
        pthread_mutex_lock(&lock);
        while(head == NULL)
        {
            pthread_cond_wait(&has_product,&lock);
        }
        mp = head;
        head = mp->next;
        pthread_mutex_unlock(&lock);

        printf("-Consumer ---%d
",mp->num);
        free(mp);
        mp = NULL;
        sleep(rand() % 5);
    }
}

void *producer(void *p)
{
    for(;;)
    {
        mp = malloc(sizeof(struct msg));
        mp->num = rand() %1000 + 1;
        printf("-Producer ---%d
",mp->num);
        pthread_cond_signal(&has_product);
        sleep(rand() % 5);
    }
}

int main()
{
    pthread_t pid,cid;
    srand(time(NULL));

    pthread_create(&pid,NULL,producer,NULL);
    pthread_create(&cid,NULL,consumer,NULL);

    pthread_join(pid,NULL);
    pthread_join(cid,NULL);

    return 0;
}

运行结果：

ubuntu1604@ubuntu:~/wangqinghe/linux/20190820$ ./condition

-Producer ---431

-Producer ---160

-Producer ---719

-Producer ---240

-Producer ---304

-Producer ---408

-Producer ---946

-Producer ---619

-Producer ---412

-Producer ---997

-Producer ---489

-Producer ---295

^C