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  • linux平台,对线程等待和唤醒操作的封装(pthread_cond_timedwait 用法详解)

    前言 linux平台下,线程等待和唤醒操作是很常见的,但是平台函数不易使用;笔者对此操作做了封装,使之更易于使用。

    线程等待和唤醒函数比较

     平台提供了线程等待相关函数,这些函数之间用法也有些差异:

    sleep 线程等待,等待期间线程无法唤醒。
    pthread_cond_wait  线程等待信号触发,如果没有信号触发,无限期等待下去。
    pthread_cond_timedwait  线程等待一定的时间,如果超时或有信号触发,线程唤醒。

      通过上表,可以看出pthread_cond_timedwait函数是最为灵活,使用也最为广泛。sleep的缺陷是当有紧急事件到达时,线程无法及时唤醒。pthread_cond_wait缺陷是:必须借助别的线程触发信号,否则线程自身无法唤醒,如果使用函数,线程无法处理定时任务。

      一般情况下,线程要做的工作可能有:定期处理某个事物;无事可做时,线程挂起;有事可做时,立即唤醒工作。要完成上面所述的功能,必须用pthread_cond_timedwait函数,本文介绍的就是对该函数封装。

      线程唤醒操作还涉及互斥量pthread_mutex_t,感觉与我们理解的等待和唤醒操作无关;此函数的引入,增加了理解难度。本文封装完全屏蔽了此概念。

    函数定义如下

    //函数涉及的变量
    typedef struct ThreadSignal_T
    {
        BOOL  relativeTimespan; //是否采用相对时间
    
        pthread_cond_t cond;
        pthread_mutex_t mutex;
    
        pthread_condattr_t cattr;
    
    } ThreadSignal;
    
    //初始化
    void ThreadSignal_Init(ThreadSignal *signal,BOOL relativeTimespan);
    //关闭
    void ThreadSignal_Close(ThreadSignal *signal);
    
    //等待n毫秒
    void ThreadSignal_Wait(ThreadSignal *signal, int ms);
    //唤醒线程
    void ThreadSignal_Signal(ThreadSignal *signal);

    上述函数定义非常直观,利于理解。但是平台提供的函数,就不是那么直观。我把上述函数的实现一一列出来。

    1)ThreadSignal_Init
    void ThreadSignal_Init(ThreadSignal *signal, BOOL relativeTimespan)
    {
        //relativeTimespan 是不是采用相对时间等待。参见函数 ThreadSignal_Wait
        signal->relativeTimespan = relativeTimespan;
    
        pthread_mutex_init(&signal->mutex, NULL);
    
        if (relativeTimespan)
        {
            //如果采用相对时间等待,需要额外的处理。
            //采用相对时间等待。可以避免:因系统调整时间,导致等待时间出现错误。
            int ret = pthread_condattr_init(&signal->cattr);
            ret = pthread_condattr_setclock(&signal->cattr, CLOCK_MONOTONIC);
    
            ret = pthread_cond_init(&signal->cond, &signal->cattr);
        }
        else
        {
            pthread_cond_init(&signal->cond, NULL);
        }
    }

    2) ThreadSignal_Close

    void ThreadSignal_Close(ThreadSignal *signal)
    {
        if (signal->relativeTimespan)
        {
            pthread_condattr_destroy(&(signal->cattr));
        }
    
        pthread_mutex_destroy(&signal->mutex);
        pthread_cond_destroy(&signal->cond);
    }

    3) ThreadSignal_Wait

    
    
    void ThreadSignal_Wait(ThreadSignal *signal, int ms)
    {
        pthread_mutex_lock(&signal->mutex);
    
        if (signal->relativeTimespan)
        {
            //获取时间
            struct timespec outtime;
            clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &outtime);
            //ms为毫秒,换算成秒
            outtime.tv_sec += ms/1000;
            
            //在outtime的基础上,增加ms毫秒
            //outtime.tv_nsec为纳秒,1微秒=1000纳秒
            //tv_nsec此值再加上剩余的毫秒数 ms%1000,有可能超过1秒。需要特殊处理
            uint64_t  us = outtime.tv_nsec/1000 + 1000 * (ms % 1000); //微秒
            //us的值有可能超过1秒,
            outtime.tv_sec += us / 1000000; 
    
            us = us % 1000000;
            outtime.tv_nsec = us * 1000;//换算成纳秒
    
            int ret = pthread_cond_timedwait(&signal->cond, &signal->mutex, &outtime);
        }
        else
        {
            struct timeval now;
            gettimeofday(&now, NULL);
    
            //在now基础上,增加ms毫秒
            struct timespec outtime;
            outtime.tv_sec = now.tv_sec + ms / 1000;
    
            //us的值有可能超过1秒
            uint64_t  us = now.tv_usec + 1000 * (ms % 1000); 
            outtime.tv_sec += us / 1000000; 
    
            us = us % 1000000;
            outtime.tv_nsec = us * 1000;
    
            int ret = pthread_cond_timedwait(&signal->cond, &signal->mutex, &outtime);
        }
        pthread_mutex_unlock(&signal->mutex);
    }
    
    

    上述函数处理起来有点啰嗦,有些读者可能认为这是多此一举,其实不然。 struct timespec outtime;结构中有两个值:tv_sec ,tv_usec 。分别是秒和纳秒。等待一段时间就是:在这两个值上增加一定的数值。

    tv_usec 此值有范围限制的,就是不能超过1秒暨1000000000纳秒。如果超出1秒,就要在tv_sec 此值增加一秒;tv_usec 减去一秒。笔者是在实践中发现此问题的,不是无中生有。如果tv_usec 此值溢出,调用pthread_cond_timedwait函数,会立马返回。

    4)ThreadSignal_Signal

    void ThreadSignal_Signal(ThreadSignal *signal)
    {
        pthread_mutex_lock(&signal->mutex);
        pthread_cond_signal(&signal->cond);
        pthread_mutex_unlock(&signal->mutex);
    }
    后记 一个简单的信号等待操作,linux下处理起来就如此复杂,远不如c#、java等语言处理起来那么优雅。通过本文介绍的方法,将复杂的问题封装起来,让使用者用起来得心应手,这就是函数封装要达到的目的。
    
    
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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/yuanchenhui/p/thread_signal.html
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