线程7：线程条件变量控制实现线程的同步

╰半夏微凉° 2022-12-06 04:10 173阅读 0赞

## 线程条件变量控制实现线程的同步 ##

**与条件变量相关API：**  
条件变量是线程另一可用的同步机制。条件变量给多个线程提供了一个会合的场所。条件变量与互斥量一起使用时，允许线程以无竞争的方式等待特定的条件发生。  
　　条件本身是由互斥量保护的。线程在改变条件状态前必须首先锁住互斥量，其他线程在获得互斥量之前不会察觉到这种改变，因为必须锁定互斥量以后才能计算条件。  
　　条件变量使用之前必须首先初始化，pthread\_cond\_t数据类型代表的条件变量可以用两种方式进行初始化，可以把常量PTHREAD\_COND\_INITIALIZER赋给静态分配的条件变量，但是如果条件变量是动态分配，可以使用pthread\_cond\_destroy函数对条件变量进行去除初始化（deinitialize）。  
　　  
**1. 创建及销毁条件变量：**

#include <pthread.h>
    int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr);
    int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t cond);
    // 返回：若成功返回0，否则返回错误编号

除非需要创建一个非默认属性的条件变量，否则pthread\_cont\_init函数的attr参数可以设置为NULL。

**2. 等待：**

#include <pthread.h>
    int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex);
    int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex, cond struct timespec *restrict timeout);
    // 返回：若成功返回0，否则返回错误编号

pthread\_cond\_wait等待条件变为真。如果在给定的时间内条件不能满足，那么会生成一个代表一个出错码的返回变量。传递给pthread\_cond\_wait的互斥量对条件进行保护，调用者把锁住的互斥量传给函数。函数把调用线程放到等待条件的线程列表上，然后对互斥量解锁，这两个操作都是原子操作。这样就关闭了条件检查和线程进入休眠状态等待条件改变这两个操作之间的时间通道，这样线程就不会错过条件的任何变化。pthread\_cond\_wait返回时，互斥量再次被锁住。  
　　pthread\_cond\_timedwait函数的工作方式与pthread\_cond\_wait函数类似，只是多了一个timeout。timeout指定了等待的时间，它是通过timespec结构指定。  
　　  
**3. 触发：**

#include <pthread.h>
    int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
    int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
    // 返回：若成功返回0，否则返回错误编号

这两个函数可以用于通知线程条件已经满足。pthread\_cond\_signal函数将唤醒等待该条件的某个线程，而pthread\_cond\_broadcast函数将唤醒等待该条件的所有进程。  
注意一定要在改变条件状态以后再给线程发信号。

**案例：**  
让线程t2对全局变量g\_data进行++操作，t1线程只有在g\_data等于3的时候才有所作为并重置g\_data==0。即：线程t1等待着被唤醒。

**参考代码：**

#include <stdio.h>
    #include <pthread.h>
    int g_data=0;//共享资源
    pthread_mutex_t  mutex;//创建锁(互斥量)
    pthread_cond_t cond;//定义一个条件
    void *func1(void*arg)//参数3：调用无类型指针API
    {
        
     printf("t1:%ld thread is create\n",(unsigned long)pthread_self());
     //pthread_self():返回自身线程id，为pthread_t类型
     printf("t1:param is %d:\n",*((int*)arg));//转化为int*，再取值
     
     while(1)
     {
        //让线程t1等待==3的条件
      pthread_cond_wait(&cond,&mutex);//参数1：条件。参数2：锁
      printf("t1:run------------------------\n");
       printf("t1:%d\n",g_data);//简单打印
       g_data=0;
       sleep(1);
     }
    }
    void *func2(void*arg)//参数3：调用无类型指针API
    {
        
     printf("t2:%ld thread is create\n",(unsigned long)pthread_self());
     //pthread_self():返回自身线程id，为pthread_t类型
     printf("t2:param is %d:\n",*((int*)arg));//转化为int*，再取值
     while(1)
     {
        
      printf("t2:%d\n",g_data);
      pthread_mutex_lock(&mutex);//加锁，别的线程上不了，阻塞线程（t1未解锁情况）
      g_data++;
      if(g_data==3)
      {
        
        pthread_cond_signal(&cond);//触发等待
      }
      pthread_mutex_unlock(&mutex);//解锁，别的线程可以上了
      sleep(1);
     }
     
    }
    int main()
    {
        
     int ret;//返回值
     pthread_t t1;
     pthread_t t2;
     pthread_mutex_init(&mutex,NULL);//参数2：锁的属性
     pthread_cond_init(&cond,NULL);//参数1：条件。参数二：属性
     int param=100;//参数4：调用时：将int*转化为void*.100:随便给的数
     ret=pthread_create(&t1,NULL,func1,(void*)&param);
     //参数1：指针指向t1,NULL：线程属性，参数3：启动线程调用的函数，参数4：打印的值
     ret=pthread_create(&t2,NULL,func2,(void*)&param);
     if(ret==0)
     {
        
      printf("main函数创建线程t1成功\n");
     }
     if(ret==0)
     {
        
      printf("main函数创建线程t2成功\n");
     }
     printf("main:%ld\n",(unsigned long)pthread_self());
     
     pthread_join(t1,NULL);//等待线程
     pthread_join(t2,NULL);//等待线程
     pthread_mutex_destroy(&mutex);//销毁这把锁
     pthread_cond_destroy(&cond);//销毁条件锁
     return 0;
    }

**显示结果：**

dazai@dazai:~$ gcc demo3.c -lpthread
    dazai@dazai:~$ ./a.out 
    main函数创建线程t1成功
    main函数创建线程t2成功
    t2:-1219482816 thread is create
    main:-1211087104
    t2:param is 100:
    t2:0
    t1:-1211090112 thread is create
    t1:param is 100:
    t2:1
    t2:2
    t1:run------------------------
    t1:3
    t2:0
    t2:1
    t2:2
    t1:run------------------------
    t1:3
    t2:0
    t2:1
    t2:2
    t1:run------------------------
    t1:3
    t2:0
    ^C

> 注：条件变量是在互斥锁的基础上进行附加  
> 以上cont，和mutex为动态初始化  
> 静态初始化为：  
> pthread\_mutex\_t mutex=PTHREAD\_MUTEX\_INITIALIZER;//创建锁(互斥量)  
> pthread\_cond\_t cond=PTHREAD\_COND\_INITIALIZER;//定义一个条件

**线程小结：**  
**常用的API**：线程（3）+互斥锁（4）+条件变量（5）  
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**扩展学习：**  
[linux多线程编程之生产者消费者问题][linux]

**欢迎大家批评指正 ！！！**

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[linux]: https://www.cnblogs.com/clover-toeic/p/4029269.html