【Linux系统】条件变量

条件变量

• 当一个线程互斥地访问某个变量时，它可能发现在其它线程改变状态之前，它什么也做不了。
• 例如一个线程访问队列时，发现队列为空，它只能等待，直到其它线程将一个节点添加到队列中。这种情况就需要用到条件变量。

同步概念与竞态条件

• 同步：在保证数据安全的前提下，让线程能够按照某种特定的顺序访问临界资源，从而有效避免饥饿问题，叫做同步。
• 竞态条件：因为时序问题，而导致程序异常，我们称之为竞态条件。在线程场景下，这种问题也不难理解。
• 互斥保证了安全性，但保证安全性的同时不一定能够安全可靠，同步主要是在保证安全性的情况下令线程调度更加高效可靠。

条件变量函数

条件变量是用来进行线程同步的特性，内部要维护调度队列。

初始化

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,const pthread_condattr_t *restrict attr);
// 参数:
// cond: 要初始化的条件变量
// attr: NULL

销毁

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond)

等待条件满足

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond,pthread_mutex_t *restrict mutex);
// 参数:
// cond: 要在这个条件变量上等待
// mutex: 互斥量，后面详细解释

唤醒等待

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);//唤醒所有
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);//唤醒一个

简单案例

• 我们先使用PTHREAD_COND/MUTEX_INITIALIZER进行测试，对其他细节暂不追究
• 然后将接口更改为使用pthread_cond_init/pthread_cond_destroy的方式，方便后续进行封装

#include <iostream>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void *active( void *arg ) {
    std::string name = static_cast<const char*>(arg);
    while (true){
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
        std::cout << name << " 活动..." << std::endl;
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
}

int main( void ) {
    pthread_t t1, t2;
    pthread_create(&t1, NULL, active, (void*)"thread-1");
    pthread_create(&t2, NULL, active, (void*)"thread-2");
    sleep(3); // 可有可无，这里确保两个线程已经在运行
    while(true) {
        // 对比测试
        // pthread_cond_signal(&cond); // 唤醒一个线程
        pthread_cond_broadcast(&cond); // 唤醒所有线程
        sleep(1);
    }
    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);
}

运行结果示例

$./cond
thread-1 活动...
thread-2 活动...
thread-1 活动...
thread-2 活动...

条件变量使用规范

等待条件代码

pthread_mutex_lock(&mutex);
while (条件不满足)
    pthread_cond_wait(cond, mutex);
修改条件代码
pthread_mutex_unlock(&mutex);

给条件发送信号代码

pthread_mutex_lock(&mutex);
设置条件为真signal(cond);
pthread_mutex_unlock(&mutex);