第一章——扩展——条件变量

一、什么是条件变量

与互斥锁不同，条件变量是用来等待而不是用来上锁的。条件变量用来自动阻塞一个线程，直到某特殊情况发生为止。通常条件变量和互斥锁同时使用。

条件变量使我们可以睡眠等待某种条件出现。条件变量是利用线程间共享的全局变量进行同步的一种机制，主要包括两个动作：一个线程等待"条件变量的条件成立"而挂起；另一个线程使"条件成立"（给出条件成立信号）。

条件的检测是在互斥锁的保护下进行的。如果一个条件为假，一个线程自动阻塞，并释放等待状态改变的互斥锁。如果另一个线程改变了条件，它发信号给关联的条件变量，唤醒一个或多个等待它的线程，重新获得互斥锁，重新评价条件。如果两进程共享可读写的内存，条件变量可以被用来实现这两进程间的线程同步。

使用条件变量之前要先进行初始化。可以在单个语句中生成和初始化一个条件变量如：

pthread_cond_t my_condition=PTHREAD_COND_INITIALIZER;（用于进程间线程的通信）。

也可以利用函数pthread_cond_init动态初始化。

二、条件变量函数

1．

名称：	pthread_cond_init
目标：	条件变量初始化
头文件：	#include < pthread.h>
函数原形：	int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, const pthread_condattr_t *attr);
参数:	cptr 条件变量 attr 条件变量属性
返回值：	成功返回0，出错返回错误编号。

pthread_cond_init函数可以用来初始化一个条件变量。他使用变量attr所指定的属性来初始化一个条件变量，如果参数attr为空，那么它将使用缺省的属性来设置所指定的条件变量。

2.

名称：	pthread_cond_destroy
目标：	条件变量摧毁
头文件：	#include < pthread.h>
函数原形：	int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
参数:	cptr 条件变量
返回值：	成功返回0，出错返回错误编号。

pthread_cond_destroy函数可以用来摧毁所指定的条件变量，同时将会释放所给它分配的资源。调用该函数的进程也并不要求等待在参数所指定的条件变量上。

3.

名称：	pthread_cond_wait/pthread_cond_timedwait
目标：	条件变量等待
头文件：	#include < pthread.h>
函数原形：	int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex_t *mutex); int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex_t mytex,const struct timespec *abstime);
参数:	cond 条件变量 mutex 互斥锁
返回值：	成功返回0，出错返回错误编号。

第一个参数*cond是指向一个条件变量的指针。第二个参数*mutex则是对相关的互斥锁的指针。函数pthread_cond_timedwait函数类型与函数pthread_cond_wait,区别在于，如果达到或是超过所引用的参数*abstime,它将结束并返回错误ETIME.pthread_cond_timedwait函数的参数*abstime指向一个timespec结构。该结构如下：

typedef struct timespec{

time_t tv_sec;

long tv_nsex;

}timespec_t;

3.

名称：	pthread_cond_signal/pthread_cond_broadcast
目标：	条件变量通知
头文件：	#include < pthread.h>
函数原形：	int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond); int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
参数:	cond 条件变量
返回值：	成功返回0，出错返回错误编号。

参数*cond是对类型为pthread_cond_t 的一个条件变量的指针。当调用pthread_cond_signal时一个在相同条件变量上阻塞的线程将被解锁。如果同时有多个线程阻塞，则由调度策略确定接收通知的线程。如果调用pthread_cond_broadcast,则将通知阻塞在这个条件变量上的所有线程。一旦被唤醒，线程仍然会要求互斥锁。如果当前没有线程等待通知，则上面两种调用实际上成为一个空操作。如果参数*cond指向非法地址，则返回值EINVAL。

下面是一个简单的例子，我们可以从程序的运行来了解条件变量的作用。

#include <pthread.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

 

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;/*初始化互斥锁*/

pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;/*初始化条件变量*/

 

void *thread1(void *);

void *thread2(void *);

 

int i=1;

int main(void)

{

pthread_t t_a;

pthread_t t_b;

 

pthread_create(&t_a,NULL,thread2,(void *)NULL);/*创建进程t_a*/

pthread_create(&t_b,NULL,thread1,(void *)NULL); /*创建进程t_b*/

pthread_join(t_b, NULL);/*等待进程t_b结束*/

pthread_mutex_destroy(&mutex);

pthread_cond_destroy(&cond);

exit(0);

}

 

void *thread1(void *junk)

{

for(i=1;i<=9;i++)

{

pthread_mutex_lock(&mutex);/*锁住互斥量*/

if(i%3==0)

pthread_cond_signal(&cond);/*条件改变，发送信号，通知t_b进程*/

else

printf("thead1:%d/n",i);

pthread_mutex_unlock(&mutex);/*解锁互斥量*/

sleep(1);

}

}

void *thread2(void *junk)

{

while(i<9)

{

pthread_mutex_lock(&mutex);

if(i%3!=0)

pthread_cond_wait(&cond,&mutex);/*等待*/

printf("thread2:%d/n",i);

pthread_mutex_unlock(&mutex);

sleep(1);

}

}

程序创建了2个新线程使他们同步运行，实现进程t_b打印20以内3的倍数，t_a打印其他的数，程序开始线程t_b不满足条件等待，线程t_a运行使a循环加1并打印。直到i为3的倍数时，线程t_a发送信号通知进程t_b，这时t_b满足条件，打印i值。

下面是运行结果：

#cc –lpthread –o cond cond.c

#./cond

thread1:1

thread1:2

thread2:3

thread1:4

thread1:5

thread2:6

thread1:7

thread1:8

thread2:9

 

源文档 <http://blog.csdn.net/Z_man/article/details/3996948>

 

解惑：

1. 为什么cond要和mutex连用？

　　

考虑有这样的情况：

In Thread1:

pthread_mutex_lock(&m_mutex);  

...
pthread_cond_wait(&m_cond,&m_mutex);  

...
pthread_mutex_unlock(&m_mutex); 

In Thread2:

pthread_mutex_lock(&m_mutex);  

...
pthread_cond_signal(&m_cond);  

...
pthread_mutex_unlock(&m_mutex);

 是为了应对线程1在调用pthread_cond_wait()但线程1还没有进入wait cond的状态的时候（也就是说还没有进入等待），此时线程2调用了 cond_singal 的情况（此时线程2就通知线程1 cond 条件已经满足）。 如果不用mutex锁的话，这个cond_singal就丢失了，也就是说线程1收不到该信号，因为此时都还没有进程wait 状态。加了锁的情况是，线程2必须等到 mutex 被释放（也就是 pthread_cod_wait() 进入wait_cond状态 并自动释放mutex） 的时候才能调用cond_singal.

 

2. pthread_cond_wait() 和 pthread_cond_signal()和锁的关系

 

当调用pthread_cond_wait()之后，调用该函数的线程进入睡眠，同时打开mutex

当调用pthread_cond_signal()之后，调用该函数的线程打开mutex