linux 条件变量 pthread_cond_signal

 　

 

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目录

前言

简介

应用场景

与互斥量/信号量的区别

接口介绍

变量定义

初始化

等待被唤醒

唤醒等待者

内存清理

条件变量的陷井

唤醒丢失

虚假唤醒

代码演示

结尾

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前言

本专栏主要分享linux下并发编程相关知识，包括多进程，多线程，进程/线程间通信，并发同步控制，以及高并发下性能提升，请大家多多留言。

从零开始写 开源数据库，git链接 toadb ，大家多多关注，欢迎添砖加瓦~

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简介

条件变量，根据某个条件进行触发，条件达不到时就等待，而不用我们不断检测。

 

应用场景

与互斥量/信号量的区别

条件变量，是在等某个变量改变为当前需要的条件时，触发当前线程/进程唤醒；而互斥量是保护共享变量/内存顺序读写访问，使得共享内容可以正确的读到或写入，而不会发生写覆盖，或脏读；信号量主要是对共享区域控制多个并发访问。

 

当然也可以用互斥量/信号量来达成条件变量的效果，也就是不断获取锁，对条件进行判断，释放锁，等待，再不断重复。这样一是会让CPU资源浪费，空跑很多次；二是等待的时间不好确定，长的话，对条件处理的灵敏度降低，短的话，CPU占用较严重。

所以引用条件变量，类似于事件触发一样，当条件达到时，就会通知等待的线程/进程进行继续执行。

 

接口介绍

• 变量定义

#include <pthread.h>

pthread_cond_t myCond;

 

• 初始化

初始化条件变量的方式有两种，

一种是直接将 PTHREAD_COND_INITIALIZER 赋值给条件变量，例如：

pthread_cond_t myCond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

还可以借助 pthread_cond_init() 函数初始化条件变量，语法格式如下：

int pthread_cond_init(pthread_cond_t * cond, const pthread_condattr_t * attr);

参数 cond 用于指明要初始化的条件变量；参数 attr 用于自定义条件变量的属性，通常我们将它赋值为 NULL，表示以系统默认的属性完成初始化操作。

 

pthread_cond_init() 函数初始化成功时返回数字 0，反之函数返回非零数。

当 attr 参数为 NULL 时，以上两种初始化方式完全等价。

 

• 等待被唤醒

当条件不成立时，条件变量可以阻塞当前线程，所有被阻塞的线程会构成一个等待队列。

阻塞线程可以借助以下两个函数实现：

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);

cond 参数表示已初始化好的条件变量；mutex 参数表示与条件变量配合使用的互斥锁；abstime 参数表示阻塞线程的时间。

注意，abstime 参数指的是绝对时间，例如您打算阻塞线程 5 秒钟，那么首先要得到当前系统的时间，然后再加上 5 秒，最终得到的时间才是传递的实参值。

 

调用两个函数之前，我们必须先创建好一个互斥锁并完成“加锁”操作，然后才能作为实参传递给 mutex 参数。两个函数会完成以下两项工作：

阻塞线程，直至接收到“条件成立”的信号；

当线程被添加到等待队列上时，将互斥锁“解锁”。

 

也就是说，函数尚未接收到“条件成立”的信号之前，它将一直阻塞线程执行。

注意，当函数接收到“条件成立”的信号后，它并不会立即结束对线程的阻塞，而是先完成对互斥锁的“加锁”操作，然后才解除阻塞。

两个函数都以“原子操作”的方式完成“阻塞线程+解锁”或者“重新加锁+解除阻塞”这两个过程。所谓“原子操作”，即当有多个线程执行相同的某个过程时，虽然它们都会访问互斥锁和条件变量，但之间不会相互干扰。

 

以上两个函数都能用来阻塞线程，它们的区别在于：pthread_cond_wait() 函数可以永久阻塞线程，直到条件变量成立的那一刻；pthread_cond_timedwait() 函数只能在 abstime 参数指定的时间内阻塞线程，超出时限后，该函数将重新对互斥锁执行“加锁”操作，并解除对线程的阻塞，函数的返回值为 ETIMEDOUT。

 

如果函数成功接收到了“条件成立”的信号，重新对互斥锁完成了“加锁”并使线程继续执行，函数返回数字 0，反之则返回非零数。

POSIX 标准规定，pthread_cond_wait() 和 pthread_cond_timedwait() 函数是可以作为“取消点”的函数。

 

• 唤醒等待者

对于被 pthread_cond_wait() 或 pthread_cond_timedwait() 函数阻塞的线程，我们可以借助如下两个函数向它们发送“条件成立”的信号，解除它们的“被阻塞”状态：

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t* cond);

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t* cond);

cond 参数表示初始化好的条件变量。当函数成功解除线程的“被阻塞”状态时，返回数字 0，反之返回非零数。

 

两个函数都能解除线程的“被阻塞”状态，区别在于：

pthread_cond_signal() 函数至少解除一个线程的“被阻塞”状态，如果等待队列中包含多个线程，优先解除哪个线程将由操作系统的线程调度程序决定；

pthread_cond_broadcast() 函数可以解除等待队列中所有线程的“被阻塞”状态。

 

由于互斥锁的存在，解除阻塞后的线程也不一定能立即执行。当互斥锁处于“加锁”状态时，解除阻塞状态的所有线程会组成等待互斥锁资源的队列，等待互斥锁“解锁”。

 

 

• 内存清理

对于初始化好的条件变量，我们可以调用 pthread_cond_destory() 函数销毁它。

pthread_cond_destory() 函数的语法格式如下：

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

cond 参数表示要销毁的条件变量。如果函数成功销毁 cond 参数指定的条件变量，返回数字 0，反之返回非零数。

值得一提的是，销毁后的条件变量还可以调用 pthread_cond_init() 函数重新初始化后使用。

条件变量的陷井

• 唤醒丢失

条件变量唤醒时，等待者还没有执行到等待；当等待者处于等待状态时，唤醒相当于已经发生过了，那么这种情况下，等待者永远无法被唤醒。

 

• 虚假唤醒

实际没有唤醒，存在等待者也可能被唤醒的情况。

 

代码演示

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;   // 定义互斥锁
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;     // 定义条件变量int car_wash_progress=0;void *thread_host(void *arg) 
{printf("等待洗车店通知，我可以去打两把游戏了...\n");pthread_mutex_lock(&mutex);   // 加锁while(car_wash_progress < 100)  // 防止虚假唤醒{pthread_cond_wait(&cond, &mutex);    // 等待条件变量printf("车洗完了通知？ \n");         }printf("车洗完了，我要开走了..\n");pthread_mutex_unlock(&mutex); // 解锁return NULL;
}void *thread_CarWash(void *arg) 
{while(car_wash_progress < 100){printf("洗车店洗车中..\n");pthread_mutex_lock(&mutex);   // 加锁car_wash_progress++;pthread_mutex_unlock(&mutex); // 解锁}printf("车洗完了，通知车主..\n");pthread_cond_signal(&cond);    // 等待条件变量return NULL;
}int main() 
{pthread_t tid[2];printf("主线程正在创建子线程...\n");/* 先创建车主线程任务，避免唤醒丢失 */pthread_create(&tid[0], NULL, thread_host, NULL);    // 创建子线程pthread_create(&tid[1], NULL, thread_CarWash, NULL);    // 创建子线程pthread_join(tid[1], NULL);    // 等待子线程结束pthread_join(tid[0], NULL);return 0;
}

在代码中我们对唤醒丢失和虚假唤醒做了处理，另外在pthread_cond_signal调用时，是否要加mutex锁，需要根据业务情况进行判断，如果其间还有其它任务也使用相同的mutex，那么建议放在mutex中间进行signal。

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结尾

作者邮箱：study@senllang.onaliyun.com
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