线程中的条件变量pthread_cond_wait、pthread_cond_signal

曾经终败给现在 2022-07-12 14:12 452阅读 0赞

条件变量

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）。为了防止竞争，条件变量的使用总是和一个互斥锁结合在一起。

1．创建和注销  
条件变量和互斥锁一样，都有静态动态两种创建方式，静态方式使用PTHREAD\_COND\_INITIALIZER常量，如下：    
pthread\_cond\_t   cond=PTHREAD\_COND\_INITIALIZER

动态方式调用pthread\_cond\_init()函数，API定义如下：    
int   pthread\_cond\_init(pthread\_cond\_t   \*cond,   pthread\_condattr\_t   \*cond\_attr)

尽管POSIX标准中为条件变量定义了属性，但在LinuxThreads中没有实现，因此cond\_attr值通常为NULL，且被忽略。

注销一个条件变量需要调用pthread\_cond\_destroy()，只有在没有线程在该条件变量上等待的时候才能注销这个条件变量，否则返回EBUSY。因为Linux实现的条件变量没有分配什么资源，所以注销动作只包括检查是否有等待线程。API定义如下：    
int   pthread\_cond\_destroy(pthread\_cond\_t   \*cond)

2．等待和激发

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)

等待条件有两种方式：无条件等待pthread\_cond\_wait()和计时等待pthread\_cond\_timedwait()，其中计时等待方式如果在给定时刻前条件没有满足，则返回ETIMEOUT，结束等待，其中abstime以与time()系统调用相同意义的绝对时间形式出现，0表示格林尼治时间1970年1月1日0时0分0秒。

无论哪种等待方式，都必须和一个互斥锁配合，以防止多个线程同时请求pthread\_cond\_wait()（或pthread\_cond\_timedwait()，下同）的竞争条件（Race   Condition）。mutex互斥锁必须是普通锁（PTHREAD\_MUTEX\_TIMED\_NP）或者适应锁（PTHREAD\_MUTEX\_ADAPTIVE\_NP），且在调用pthread\_cond\_wait()前必须由本线程加锁（pthread\_mutex\_lock()），而在更新条件等待队列以前，mutex保持锁定状态，并在线程挂起进入等待前解锁。在条件满足从而离开pthread\_cond\_wait()之前，mutex将被重新加锁，以与进入pthread\_cond\_wait()前的加锁动作对应。

激发条件有两种形式，pthread\_cond\_signal()激活一个等待该条件的线程，存在多个等待线程时按入队顺序激活其中一个；而pthread\_cond\_broadcast()则激活所有等待线程。

3．其他

pthread\_cond\_wait()和pthread\_cond\_timedwait()都被实现为取消点，因此，在该处等待的线程将立即重新运行，在重新锁定mutex后离开pthread\_cond\_wait()，然后执行取消动作。也就是说如果pthread\_cond\_wait()被取消，mutex是保持锁定状态的，因而需要定义退出回调函数来为其解锁。

以下示例集中演示了互斥锁和条件变量的结合使用，以及取消对于条件等待动作的影响。在例子中，有两个线程被启动，并等待同一个条件变量，如果不使用退出回调函数（见范例中的注释部分），则tid2将在pthread\_mutex\_lock()处永久等待。如果使用回调函数，则tid2的条件等待及主线程的条件激发都能正常工作。

\#include <stdio.h> \#include <pthread.h> \#include <unistd.h> pthread\_mutex\_t mutex; pthread\_cond\_t cond; void \* child1(void \*arg) \{ pthread\_cleanup\_push(pthread\_mutex\_unlock,&mutex); /\* comment 1 \*/ while(1)\{ printf( "thread 1 get running /n "); printf( "thread 1 pthread\_mutex\_lock returns %d/n ", pthread\_mutex\_lock(&mutex)); pthread\_cond\_wait(&cond,&mutex); printf( "thread 1 condition applied/n "); pthread\_mutex\_unlock(&mutex); sleep(5); \} pthread\_cleanup\_pop(0);/\* comment 2 \*/ \} void \*child2(void \*arg) \{ while(1)\{ sleep(3); /\* comment 3 \*/ printf( "thread 2 get running./n "); printf( "thread 2 pthread\_mutex\_lock returns %d/n ", pthread\_mutex\_lock(&mutex)); pthread\_cond\_wait(&cond,&mutex); printf( "thread 2 condition applied/n "); pthread\_mutex\_unlock(&mutex); sleep(1); \} \} int main(void) \{ int tid1,tid2; printf( "hello, condition variable test/n "); pthread\_mutex\_init(&mutex,NULL); pthread\_cond\_init(&cond,NULL); pthread\_create(&tid1,NULL,child1,NULL); pthread\_create(&tid2,NULL,child2,NULL); do\{ sleep(2);/\* comment 4 \*/ pthread\_cancel(tid1);/\* comment 5 \*/ sleep(2); /\* comment 6 \*/ pthread\_cond\_signal(&cond); \} while(1); sleep(100); pthread\_exit(0); \}

如果不做注释5的pthread\_cancel()动作，即使没有那些sleep()延时操作，child1和child2都能正常工作。注释3和注释4的延迟使得child1有时间完成取消动作，从而使child2能在child1退出之后进入请求锁操作。如果没有注释1和注释2的回调函数定义，系统将挂起在child2请求锁的地方；而如果同时也不做注释3和注释4的延时，child2能在child1完成取消动作以前得到控制，从而顺利执行申请锁的操作，但却可能挂起在pthread\_cond\_wait()中，因为其中也有申请mutex的操作。child1函数给出的是标准的条件变量的使用方式：回调函数保护，等待条件前锁定，pthread\_cond\_wait()返回后解锁。

条件变量机制不是异步信号安全的，也就是说，在信号处理函数中调用pthread\_cond\_signal()或者pthread\_cond\_broadcast()很可能引起死锁