互斥锁与条件变量(基于控制输出面试题的思考)

     昨天笔试唯品会时，遇到一道编程题：
编写一个程序，开启3个线程，这3个线程的ID分别为A、B、C，每个线程将自己的ID在屏幕上打印10遍，要求输出结果必须按ABC的顺序显示；如：ABCABC….依次递推。’
     当时看到这道题时，就想到了要使用互斥锁和条件变量。奈何，没有深入了解过，只能干瞪眼。回来之后，在网上查了查资料，也找到了相关题目，故整理这篇文章，算是学习笔记吧。
     代码直接借用别人的，就不亲自写了。代码原出处为：http://blog.chinaunix.net/uid-26868581-id-3359815.html

#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#define DEBUG 1 

int num = 0; 
pthread_mutex_t mylock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; 
pthread_cond_t qready=PTHREAD_COND_INITIALIZER;

void* thread_func(void *arg)
{
    int param = (int) arg;
    int i;

    for(i = 0; i < 10; i++)
    {
        pthread_mutex_lock(&mylock);

        while(param != num)
            pthread_cond_wait(&qready, &mylock);

        printf("%c", param + 'A');
        num = (num + 1) % 3;

        pthread_mutex_unlock(&mylock);
        pthread_cond_broadcast(&qready);
    }

    return (void *)0;
}

int main()
{
    int i;
    pthread_t tid[3];
    void *tret;

    for(i = 0; i < 3; i++)
        pthread_create(&tid[i], NULL, thread_func, (void *) i);
    for(i = 0; i < 3; i++)
        pthread_join(tid[i], &tret);    
}

     程序思想比较简单，定义一个互斥锁和条件变量，开辟三个线程。在线程中，首先对互斥锁上锁，当数字与当前进程号相同时，执行打印，否则条件变量等待中(注，进入条件等待后，会对互斥锁解锁。当收到信号，激活时，重新对互斥锁上锁)。
     程序中主要涉及到的知识点如下：
1.互斥锁与条件变量的初始化
pthread_mutex_t mylock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t qready=PTHREAD_COND_INITIALIZER;
2.条件变量的等待方式
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：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。
3.激发条件的两种方式
     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。
4.线程结束thread_join
     pthread_join使一个线程等待另一个线程结束。代码中如果没有pthread_join主线程会很快结束从而使整个进程结束，从而使创建的线程没有机会开始执行就结束了。加入pthread_join后，主线程会一直等待直到等待的线程结束自己才结束，使创建的线程有机会执行。