线程同步（三）：条件变量

一、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。

pthread_cond_t cond;//定义

初始化条件变量：

	1. pthread_cond_init(&cond, NULL);   			动态初始化。

	2. pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;	静态初始化。

阻塞等待条件：

	pthread_cond_wait(&cond, &mutex);

	作用：	
		1） 阻塞等待条件变量满足

		2） 解锁已经加锁成功的信号量 （相当于 pthread_mutex_unlock(&mutex)）

		3)  当条件满足，函数返回时，重新加锁信号量 
		（相当于，pthread_mutex_lock(&mutex);）

pthread_cond_signal(): 唤醒阻塞在条件变量上的 (至少)一个线程。

pthread_cond_broadcast()： 唤醒阻塞在条件变量上的 所有线程。

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。API定义如下：
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond)

二、Demo：生产者消费者模型

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

void err_thread(int ret, char *str)
{
    if(ret != 0)
    {
        fprintf(stderr, "%s: %s\n", str, strerror(ret));
        pthread_exit(NULL);
    }
}

struct msg{
    int num;
    struct msg *next;
};
struct msg *head;

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;  //定义并初始化一个互斥量
pthread_cond_t has_data = PTHREAD_COND_INITIALIZER;  //定义并初始化一个条件变量

void *producer(void *arg)
{
    while(1)
    {
        struct msg *mp = malloc(sizeof(struct msg));
        mp->num = rand() % 1000 + 1;
        printf("----produce %d\n", mp->num);
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        mp->next = head;  //写公共区域（生产）
        head = mp;
        pthread_mutex_unlock(&mutex);

        pthread_cond_signal(&has_data);  //唤醒阻塞在条件变量has_data上的线程
        sleep(rand() % 3);
    }

    return NULL;
}

void *consumer(void *arg)
{
    while(1)
    {
        struct msg *mp;
        pthread_mutex_lock(&mutex);  //加锁
        while(head == NULL)  //当又多个消费者时，应该用while而不是if
        {
            pthread_cond_wait(&has_data, &mutex); //阻塞等待条件变量
        }
        mp = head;
        head = mp->next;
        pthread_mutex_unlock(&mutex);

        printf("consume id: %lu,   %d\n",pthread_self(), mp->num);
        free(mp);
        sleep(rand() % 3);
    }

    return NULL;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int ret;
    pthread_t pid, cid;

    srand(time(NULL));

    ret = pthread_create(&pid, NULL, producer, NULL);  //producer thread
    err_thread(ret, "producer pthread_create error");

    ret = pthread_create(&cid, NULL, consumer, NULL);  //consumer thread
    err_thread(ret, "consumer pthread_create error");
    ret = pthread_create(&cid, NULL, consumer, NULL);  //consumer thread
    err_thread(ret, "consumer pthread_create error");
    ret = pthread_create(&cid, NULL, consumer, NULL);  //consumer thread
    err_thread(ret, "consumer pthread_create error");
    
    pthread_join(pid, NULL);
    pthread_join(cid, NULL);
    return 0;
}

参考资料：
条件变量_百度百科