淺析pthread_cond_wait（轉）

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條件變量是利用線程間共享的全局變量進行同步的一種機制，主要包括兩個動作：一個線程等待"條件變量的條件成立"而掛起；另一個線程使"條件成立"（給出條件成立信號）。為了防止競爭，條件變量的使用總是和一個互斥鎖結合在一起。

一 pthread_cond_wait定義：

函數原型：int   pthread_cond_wait(pthread_cond_t   *cond,   pthread_mutex_t   *mutex)  

參數: cond 條件變量  mutex 互斥鎖
第一個參數*cond是指向一個條件變量的指針。第二個參數*mutex則是對相關的互斥鎖的指針。

二 pthread_cond_wait示例理解

pthread_cond_wait的機制比較難里理解，是條件變量中重要的成分。條件變量用於線程間同步，那么pthread_cond_wait必須和互斥鎖同時作用在一個線程里，它同時起到對資源的加鎖和解鎖，看下面的示例：


程序創建了2個新線程使他們同步運行，實現進程t_b打印9以內3的倍數，t_a打印其他的數，程序開始線程t_b不滿足條件等待，線程t_a運行使a循環加1並打印。直到i為3的倍數時，線程t_a發送信號通知進程t_b，這時t_b滿足條件，打印i值。

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

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;/*初始化互斥鎖*/
pthread_cond_t  cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;//init cond

void *thread1(void*);
void *thread2(void*);

int i = 1; //global

int main(void){
    pthread_t t_a;
    pthread_t t_b;//two thread

    pthread_create(&t_a,NULL,thread2,(void*)NULL);
    pthread_create(&t_b,NULL,thread1,(void*)NULL);//Create thread

    pthread_join(t_b,NULL);//wait a_b thread end
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    pthread_cond_destroy(&cond);
   exit(0);
}

void *thread1(void *junk){
    for(i = 1;i<= 9; i++){
        pthread_mutex_lock(&mutex); //互斥鎖
        printf("call thread1 \n");
        if(i%3 == 0)
            pthread_cond_signal(&cond); //send sianal to t_b
        else
            printf("thread1: %d\n",i);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sleep(1);
    }
}

void *thread2(void*junk){
    while(i < 9)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        printf("call thread2 \n");
        if(i%3 != 0)
            pthread_cond_wait(&cond,&mutex); //wait
         printf("thread2: %d\n",i);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sleep(1);
    }
}                                    

輸出：
call thread2
call thread1
thread1: 1
call thread1
thread1: 2
call thread1
thread2: 3
call thread1
thread1: 4
call thread2
call thread1
thread1: 5
call thread1
thread2: 6
call thread1
thread1: 7
call thread2
call thread1
thread1: 8
call thread1
thread2: 9

示例的解釋：
call thread2：是線程2即t_b首先上鎖，即 pthread_mutex_lock(&mutex);鎖住了mutex使得此進程執行線程2中的臨界區的代碼，當執行到45行：if(i%3 != 0)，此時i=1,滿足此條件，則執行46行： pthread_cond_wait(&cond,&mutex); 這句是關鍵，pthread_cond_wait(&cond,&mutex)操作有兩步，是原子操作：第一 解鎖，先解除之前的pthread_mutex_lock鎖定的mutex；第二 掛起，阻塞並在等待對列里休眠，即線程2掛起，直到再次被喚醒，喚醒的條件是由pthread_cond_signal(&cond);發出的 cond信號來喚醒。

call thread1:由於pthread_cond_wait已經對線程2解鎖，此時另外的線程只有線程1，那么線程1對mutex上鎖，若這時有多個線程，那么線程間上鎖的順序和操作系統有關。

thread1: 1：線程1上鎖后執行臨界區的代碼，當執行到if(i%3 == 0)此時i=1,不滿足條件，則pthread_cond_signal(&cond);不被執行，那么線程2仍處於掛起狀態，輸出 thread1: 1后線程1由pthread_mutex_unlock(&mutex);解鎖。

thread1: 2：這時此進程中只有2個線程，線程2處於掛起狀態，那么只有線程1,則線程1又對mutex上鎖，此時同樣執行臨界區的代碼，而且i=2,不滿足條 件，pthread_cond_signal(&cond);不被執行，那么線程2仍處於掛起狀態，輸出thread1: 1后線程1由pthread_mutex_unlock(&mutex);解鎖。

call thread1：同樣由線程1上鎖，但此時i=3,滿足條件pthread_cond_signal(&cond)被執行，那么 pthread_cond_signal(&cond)會發出信號，來喚醒處於掛起的線程2。pthread_cond_signal同樣由兩個 原子操作：1,解鎖;2,發送信號;解鎖即對線程1解鎖，解除對mutex的上鎖。發送信號，即給等待signal掛起的線程2發送信號，喚醒掛起的線程 2。

thread2: 3：由於pthread_cond_signal喚醒了線程2,即i=3滿足條件，pthread_cond_wait(&cond,& mutex);被執行，那么pthread_cond_wait(&cond,&mutex)此時也有一步操作：上鎖;即對線程2上鎖， 此時的pthread_cond_wait(&cond,&mutex)的操作相當與 pthread_mutex_lock(&mutex);那么線程2繼續執行上鎖后的臨界區的代碼，並由 pthread_mutex_unlock(&mutex);對線程2進行解鎖。

剩下的輸出原理和上面解釋的一樣。


縱觀pthread_cond_wait，它的理解不可之把它看作一個簡單的wait函數，它里面應該是一族函數，不同的函數在不同的條件下執行，理解pthread_cond_wait的機制可以很好的學習條件變量。