多線程編程: 條件變量

條件變量 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。
1. 創建和注銷 條件變量和互斥鎖一樣,都有靜態和動態兩種創建方式, 靜態方式使用PTHREAD_COND_INITIALIZER常量, 如下: pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER
動態方式調用pthread_cond_init()函數，API定義如下: int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr);
盡管POSIX標准中為條件變量定義了屬性,但在LinuxThreads中沒有實現, 因此cond_attr值通常為NULL,且被忽略.
注銷一個條件變量需要調用pthread_cond_destroy(), 只有在沒有線程在該條件變量上等待的時候才能注銷這個條件變量，否則返回EBUSY。 因為Linux實現的條件變量沒有分配什么資源,所以注銷動作只包括檢查是否有等待線程。 API定義如下: int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
2. 等待和激發
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex); int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex, const struct timespec *abstime);
等待條件有兩種方式: 無條件等待 pthread_cond_wait(); 計時等待 pthread_cond_timedwait(); 其中計時等待方式如果在給定時刻前條件沒有滿足,則返回ETIMEOUT,結束等待. 其中abstime以與time()系統調用相同意義的絕對時間形式出現,0表示格林尼治時間1970年1月1日0時0分0秒。
無論哪種等待方式，都必須和一個互斥鎖配合, 以防止多個線程同時請求pthread_cond_wait()(或pthread_cond_timedwait(),下同)的競爭條件(Race Condition).
mutex互斥鎖必須是普通鎖(PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP)或者適應鎖(PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP), 且在調用pthread_cond_wait()前必須由本線程加鎖(pthread_mutex_lock()), 而在更新條件等待隊列以前,mutex保持鎖定狀態,並在線程掛起進入等待前解鎖. 在條件滿足從而離開pthread_cond_wait()之前，mutex將被重新加鎖，以與進入pthread_cond_wait()前的加鎖動作對應。
激發條件有兩種形式， pthread_cond_signal();

激活一個等待該條件的線程,存在多個等待線程時按入隊順序激活其中一個;

 

pthread_cond_broadcast(); 激活所有等待線程。
現在來看一段典型的應用：看注釋即可。

 

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


static pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
static pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

struct node 
{
int n_number;
struct node *n_next;
} *head = NULL;

static void cleanup_handler(void *arg)
{
printf("Cleanup handler of second thread.\n");
free(arg);
(void)pthread_mutex_unlock(&mtx);
}

static void *thread_func(void *arg)
{
struct node *p = NULL;


pthread_cleanup_push(cleanup_handler, p);
while (1) 
{
pthread_mutex_lock(&mtx); //這個mutex主要是用來保證pthread_cond_wait的並發性
while (head == NULL) 
{ 
/* 
* 這個while要特別說明一下,
* 單個pthread_cond_wait功能很完善,為何這里要有一個while (head == NULL)呢？
* 因為pthread_cond_wait里的線程可能會被意外喚醒，如果這個時候head != NULL，則不是我們想要的情況。
* 這個時候，應該讓線程繼續進入pthread_cond_wait
*/

/*
* pthread_cond_wait會先解除之前的pthread_mutex_lock鎖定的mtx,
* 然后阻塞在等待對列里休眠,
* 直到再次被喚醒(大多數情況下是等待的條件成立而被喚醒,喚醒后,該線程會先鎖定pthread_mutex_lock(&mtx);
* 再讀取資源;
* 這個流程可以表述為:block-->unlock-->wait() return-->lock.
*/
pthread_cond_wait(&cond, &mtx);
}


p = head;
head = head->n_next;
printf("Got %d from front of queue\n", p->n_number);


free(p);
pthread_mutex_unlock(&mtx); //臨界區數據操作完畢，釋放互斥鎖
}

pthread_cleanup_pop(0);
return 0;
}

int main(void)
{
pthread_t tid;
int i;
struct node *p;

/*
* 子線程會一直等待資源,類似生產者和消費者,
* 但是這里的消費者可以是多個消費者,而不僅僅支持普通的單個消費者;
* 這個模型雖然簡單，但是很強大
*/
pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL); 

for (i = 0; i < 10; i++) 
{
p = malloc(sizeof(struct node));
p->n_number = i;


pthread_mutex_lock(&mtx); //需要操作head這個臨界資源，先加鎖，

p->n_next = head;
head = p;

pthread_cond_signal(&cond);
pthread_mutex_unlock(&mtx); //解鎖

sleep(1);
}

printf("thread 1 wanna end the line.So cancel thread 2./n");

/*
* 關於pthread_cancel, 有一點額外的說明,
* 它是從外部終止子線程,子線程會在最近的取消點,退出線程;
* 而在我們的代碼里，最近的取消點肯定就是pthread_cond_wait()了。
* 關於取消點的信息，有興趣可以google,這里不多說了
*/
pthread_cancel(tid);
pthread_join(tid, NULL);

printf("All done -- exiting/n");
return 0;
}

 

轉：http://blog.chinaunix.net/uid-26000296-id-3484910.html