Linux系统编程——多线程之条件变量pthread_cond_t、pthread_cond_wait使用

╰+攻爆jí腚メ 2022-11-16 05:47 156阅读 0赞

# 多线程之条件变量pthread\_cond\_t、pthread\_cond\_wait使用 #

以下代码看起来没有什么问题，但是编译运行多次后，就有可能出现问题。

//使用条件变量实现生产者和消费者模型
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <string.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <unistd.h>
    #include <pthread.h>
    typedef struct node
    { 
    	int data;
    	struct node *next;
    }NODE;
    
    NODE *head = NULL;
    
    //定义一把锁
    pthread_mutex_t mutex;
    
    //定义条件变量
    pthread_cond_t cond;
    
    //生产者线程
    void *producer(void *arg)
    { 
    	NODE *pNode = NULL;
    	int n = *(int *)arg;
    	while(1)
    	{ 
    		//生产一个节点
    		pNode = (NODE *)malloc(sizeof(NODE));
    		if(pNode==NULL)
    		{ 
    			perror("malloc error");
    			exit(-1);
    		}
    		pNode->data = rand()%1000;
    		printf("P[%d]:[%d]\n", n, pNode->data);
    
    		//加锁
    		pthread_mutex_lock(&mutex);
    
    		pNode->next = head;
    		head = pNode;
    
    		//解锁
    		pthread_mutex_unlock(&mutex);
    
    		//通知消费者线程解除阻塞
    		pthread_cond_signal(&cond);
    
    		sleep(rand()%3);
    	}
    }
    
    
    //消费者线程
    void *consumer(void *arg)
    { 
    	NODE *pNode = NULL;
    	int n = *(int *)arg;
    	while(1)
    	{ 
    		//加锁
    		pthread_mutex_lock(&mutex);
    
    		if(head==NULL)
    		{ 
    			//若条件不满足,需要阻塞等待
    			//若条件不满足,则阻塞等待并解锁;
    			//若条件满足(被生成者线程调用pthread_cond_signal函数通知),解除阻塞并加锁 
    			pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
    		}
    		
    		//007
    		
    		printf("C[%d]:[%d]\n", n, head->data);	
    		pNode = head;
    		head = head->next;
    
    		//解锁
    		pthread_mutex_unlock(&mutex);
    
    		free(pNode);
    		pNode = NULL;
    
    		sleep(rand()%3);
    	}
    }
    
    int main()
    { 
    	int ret;
    	int i = 0;
    	pthread_t thread1[5];
    	pthread_t thread2[5];
    
    	//初始化互斥锁
    	pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
    
    	//条件变量初始化
    	pthread_cond_init(&cond, NULL);
    
    	int arr[5];
    	for(i=0; i<5; i++)
    	{ 
    		arr[i]= i;
    		//创建生产者线程
    		ret = pthread_create(&thread1[i], NULL, producer, &arr[i]);
    		if(ret!=0)
    		{ 
    			printf("pthread_create error, [%s]\n", strerror(ret));
    			return -1;
    		}
    
    		//创建消费者线程
    		ret = pthread_create(&thread2[i], NULL, consumer, &arr[i]);
    		if(ret!=0)
    		{ 
    			printf("pthread_create error, [%s]\n", strerror(ret));
    			return -1;
    		}
    	}
    
    	//等待线程结束
    	for(i=0; i<5; i++)
    	{ 
    		pthread_join(thread1[i], NULL);
    		pthread_join(thread2[i], NULL);
    	}
    
    	//释放互斥锁
    	pthread_mutex_destroy(&mutex);
    
    	//释放条件变量
    	pthread_cond_destroy(&cond);
    
    	return 0;
    }

编译代码`gcc -o a.out 03-pthread_cond_mul.c -lpthread`。

$ ./a.out 
    P[1]:[886]
    P[3]:[915]
    C[0]:[915]
    C[1]:[886]
    P[4]:[649]
    P[2]:[777]
    C[2]:[777]
    C[1]:[649]
    P[0]:[383]
    C[3]:[383]
    P[4]:[926]
    P[4]:[426]
    P[3]:[736]
    C[4]:[426]
    C[0]:[736]
    C[0]:[926]
    P[0]:[782]
    C[2]:[782]
    Segmentation fault (core dumped)
    $

分析代码，不难发现，问题有很大概率出现在消费者代码段。

printf("C[%d]:[%d]\n", n, head->data);	
    		pNode = head;
    		head = head->next;

当`pthread_cond_wait`唤醒多个线程，先消费的处导致`head->data`访问出错。代码修改如下

if(head==NULL)
    		{ 
    			//若条件不满足,需要阻塞等待
    			//若条件不满足,则阻塞等待并解锁;
    			//若条件满足(被生成者线程调用pthread_cond_signal函数通知),解除阻塞并加锁 
    			pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
    		}
    		
    		if(head==NULL)
    		{ 
    			//解锁
    			pthread_mutex_unlock(&mutex);	
    			continue;
    		}

# 总结 #

多个生成者和多个消费者程序在执行的时候core掉的原因分析:  
假若只有一个生产者生产了一个节点, 此时会调用pthread\_cond\_signal通知  
消费者线程, 此时若有多个消费者被唤醒了, 则最终只有消费者获得锁, 然后进行  
消费, 此时会将head置为NULL, 然后其余的几个消费者线程只会有一个线程获得锁,  
然后读取head的内容就会core掉.

在使用条件变量的线程中, 能够引起线程的阻塞的地方有两个:  
1 在条件变量处引起阻塞---->这个阻塞会被pthread\_cond\_signal解除阻塞  
2 互斥锁也会使线程引起阻塞----->其他线程解锁会使该线程解除阻塞.