线程同步-----条件变量

xiaoxiao2021-02-28  76

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

intpthread_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。

3.      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

intpthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrictmutex, const struct timespec *restrict abstime);

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

                   structtimespec {

                            time_ttv_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

intpthread_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:

/*借助条件变量模拟 生产者-消费者 问题*/

#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>

#include <pthread.h>

#include <stdio.h>

/*链表作为公享数据,需被互斥量保护*/

struct msg {

    struct msg *next;

    int num;

};

struct msg *head;

struct msg *mp;

/* 静态初始化 一个条件变量 和 一个互斥量*/

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) {           //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\n", mp->num);

        free(mp);

        mp = NULL;

        sleep(rand() % 5);

    }

}

void *producer(void *p)

{

    for (;;) {

        mp = malloc(sizeof(struct msg));

        mp->num = rand() % 1000 + 1;        //模拟生产一个产品

        printf("-Produce ---%d\n", 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;

}

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