linux-线程条件变量(cond)

概述

        与互斥锁不同，条件变量是用来等待而不是用来上锁的。条件变量用来自动阻塞一个线程，直到某特殊情况发生为止。通常条件变量和互斥锁同时使用 。

        条件变量使我们可以睡眠等待某种条件出现。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：

        1.一个线程等待"条件变量的条件成立"而挂起；

        2.另一个线程使 “条件成立”（给出条件成立信号）

        想象一种情况，我创建一个线程去执行下雨收衣服的工作，但是大多数时候天气都是晴天，只有下雨天这个线程才会去工作，那么我就需要这个线程睡眠，不要浪费CPU 资源，等下雨时我再叫醒它起来工作就行了，线程条件变量就是扮演这样一个角色。

        条件的检测是在互斥锁的保护下进行的。线程在改变条件状态之前必须首先锁住互斥量。如果一个条件为假，一个线程自动阻塞，并释放等待状态改变的互斥锁。如果另一个线程改变了条件，它发信号给关联的条件变量，唤醒一个或多个等待它的线程，重新获得互斥锁，重新评价条件。如果两进程共享可读写的内存，条件变量 可以被用来实现这两进程间的线程同步。

        在 linux 的 pthread 中使用条件变量的类型为:pthread_cond_t 表示一个条件变量

typedef union

{

        struct __pthread_mutex_s __data ;

        char __size [ __SIZEOF_PTHREAD_MUTEX_T ];

        long int __align ;

} pthread_mutex_t ;

对线程条件变量的操作可以有

1.初始化条件变量

2.销毁条件变量

3.等待条件变量(线程睡眠)

4.唤醒等待条件变量的线程

初始化条件变量

动态初始化(pthread_cond_init)

头文件：

#include 

函数原型：

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

作用：

        初始化线程条件变量 cond

参数含义：

        cond:线程条件变量

        attr:线程条件变量的属性，为空表示默认属性

返回值：

        成功返回 0,

        失败返回错误号

静态初始化

在 linux 中使用静态存储区中的 PTHREAD_COND_INITIALIZER 就可以对条件变量完成静

态初始化

/* Conditional variable handling. */

#define PTHREAD_COND_INITIALIZER { { { 0 }, { 0 }, { 0 , 0 }, { 0 , 0 }, 0 , 0 , { 0 , 0 } } }

如下：

pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

销毁条件变量(pthread_cond_destroy)

头文件：

#include 

函数原型：

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

作用：

        销毁线程条件变量 cond

参数含义：

         cond: 线程条件变量

返回值：

        成功返回 0,

        失败返回错误号

等待一个条件变量(线程睡眠)

阻塞等待(pthread_cond_wait)

头文件：

#include 

函数原型：

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond,pthread_mutex_t *restrict mutex);

作用：

        阻塞等待条件变量 cond 的值，线程进入睡眠状态并解锁，直到被条件变量唤醒

参数含义：

        cond:线程条件变量

        mutex:互斥锁

返回值：

        成功返回 0,

        失败返回错误号

备注：

        1.因为条件变量本身是一个“共享资源”,为了避免竞争，需要一个线程互斥锁来保护 它

        2.在 pthread_cond_wait/pthread_cond_timewait 需要把锁住的互斥锁传入函数,在函数内部实现的时候,线程让出 CPU(休眠)前,释放传入的互斥锁,然后再休眠

        3.休眠到直到条件发生(被唤醒),被唤醒的时候,再次重新锁住传入的锁（不会带锁休眠），也就是说线程在睡眠的时候会解锁，在被唤醒时会去获取锁

限时等待(pthread_cond_timedwait)

头文件：

#include 

函数原型：

int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond,pthread_mutex_t *restrict mutex,const struct timespec *restrict abstime);

作用：

        限时等待条件变量 cond 的值，线程进入睡眠状态并解锁，直到被条件变量唤醒或到达绝对时间 abstime

参数含义：

        cond:线程条件变量

        mutex:互斥锁

        abstime: 是一个绝对时间(当前时间+等待时间)，表示超过这个时间将直接返回

返回值：

        成功返回 0,

        失败返回错误号

唤醒等待条件变量的线程

唤醒所有等待该条件变量的线程(pthread_cond_broadcast)

头文件：

#include 

函数原型：

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);

作用：

        唤醒所有等待条件变量 cond 的线程

参数含义：

        cond:线程条件变量

返回值：

        成功返回 0,

        失败返回错误号

唤醒一个等待该条件变量的线程(pthread_cond_signal)

头文件：

#include 

函数原型：

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);

作用：

        激活一个等待该条件 cond 的线程，存在多个等待线程时按入队顺序激活其中一个；

参数含义：

        cond:线程条件变量

返回值：

        成功返回 0,

        失败返回错误号

备注：

        在生产者消费者模型中，如果生产者一次性可以产出多个任务，那么用 pthread_cond_broadcast 好一点，如果溢出只产生一个任务，那么使用pthread_cond_signal 好一点

使用示例

#include 
#include 
static pthread_t thread1;
static pthread_t thread2;

//静态初始化
static pthread_mutex_t lock=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
static pthread_cond_t cond=PTHREAD_COND_INITIALIZER;
void *function1()
{
    while(1)
    {
        pthread_mutex_lock(&lock);
        printf("===== 线程 1 进入睡眠 ====\n");
        pthread_cond_wait(&cond,&lock);
        printf("==== 线程 1 唤醒 ====\n");
        pthread_mutex_unlock(&lock);
    }
}

void *function2()
{
    while(1)
    {
        pthread_mutex_lock(&lock);
        printf("===== 线程 2 进入睡眠 ====\n");
        pthread_cond_wait(&cond,&lock);
        printf("==== 线程 2 唤醒 ====\n");
        pthread_mutex_unlock(&lock);
    }
}

int main()
{
    int i=0;
    if(-1==pthread_create(&thread1,NULL,function1,NULL))
    {
        printf("thread_create1 fail!\n");
        pthread_detach(thread1);
    }
    if(-1==pthread_create(&thread2,NULL,function2,NULL))
    {
        printf("thread_create fail!\n");
        pthread_detach(thread1);
    }
    while(1)
    {
        sleep(2);
        i++;
        printf("\n 第%d 次唤醒\n",i);
        pthread_mutex_lock(&lock);
        if(-1==pthread_cond_signal(&cond))
        {
            printf("pthread_cond_broadcast error!\n");
        }
        pthread_mutex_unlock(&lock);
    }
    return 0;
}