条件变量、线程池以及线程的GDB调试学习笔记
目录
一、条件变量
二、线程池概念和实现
三、线程的GDB调试
一、条件变量
应用场景：生产者消费者问题，是线程同步的一种手段。
必要性：为了实现等待某个资源，让线程休眠，提高运行效率
使用步骤：
初始化：
- 静态初始化
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER; //初始化条件变量
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; //初始化互斥量
- 动态初始化
pthread_cond_init(&cond);
生产者线程：
- pthread_mutex_lock(&mutex);
- 开始生产资源
-
pthread_cond_signal(&cond); //通知一个消费线程
或者
- pthread_cond_broadcast(&cond); //广播通知多个消费线程
- pthread_mutex_unlock(&mutex);
消费者线程
- pthread_mutex_lock(&mutex);
-
while （如果没有资源）{ //防止惊群效应
pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
}
-
有资源了，消费资源
-
pthread_mutex_unlock(&mutex);
示例代码：
#include
#include
#include
#include
//初始化条件变量
pthread_cond_t hasTaxi = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
//初始化互斥量
pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
struct taxi{
struct taxi *next;
int num;
};
struct taxi *Head = NULL;
void *taxiarv(void *arg)
{
printf("taxi arrived thread\n");
pthread_detach(pthread_self());
struct taxi *tx;
int i = 1;
while (1)
{
tx = malloc(sizeof(struct taxi));
tx->num = i;
printf("taxi %d comming\n",i);
i++;
pthread_mutex_lock(&lock);
tx->next = Head;
Head = tx;
pthread_cond_signal(&hasTaxi);//通知消费者车来了
pthread_mutex_unlock(&lock);
sleep(1);
}
pthread_exit(0);
}
void *takeTaxi(void *arg)
{
printf("take taxi thread\n");
pthread_detach(pthread_self());
struct taxi *tx;
while (1)
{
pthread_mutex_lock(&lock);
while (Head == NULL)//如果没有资源
{//放置惊群效应
pthread_cond_wait(&hasTaxi,&lock);
}
//有资源了，消费资源
tx = Head;
Head = tx->next;
printf("Take taxi %d\n",tx->num);
free(tx);
pthread_mutex_unlock(&lock);
}
pthread_exit(0);
}
int main()
{
pthread_t tid1,tid2;
pthread_create(&tid1,NULL,taxiarv,NULL);
pthread_create(&tid2,NULL,takeTaxi,NULL);
while (1)
{
sleep(1);
}
}
运行结果:
注意：
- pthread_cond_wait(&cond, &mutex)，在没有资源等待是是先unlock 休眠，等资源到了，再lock，所以pthread_cond_wait 和 pthread_mutex_lock 必须配对使用。
pthread_mutex_unlock
如果资源没有来sleep
如果来了
pthread_mutex_lock
2. 如果pthread_cond_signal或者pthread_cond_broadcast 早于 pthread_cond_wait ，则有可能会丢失信号。
3. pthead_cond_broadcast 信号会被多个线程收到，这叫线程的惊群效应。所以需要加上判断条件while循环。即代码中的 while (Head == NULL)//如果没有资源。
二、线程池概念和实现
概念：通俗的讲就是一个线程的池子，可以循环的完成任务的一组线程集合
打个比喻：比如一个公司招人做项目，招到一个人，做完项目就把这个人解雇，然后又来项目就再招人再解雇，招聘和解雇流程繁琐消耗大量时间，而线程池呢就相当于招聘到一个人不解雇，来一个项目做完等着，来第二个项目继续做，就剩去了解雇和再招聘的时间。
必要性：我们平时创建一个线程，完成某一个任务，等待线程的退出。但当需要创建大量的线程时，假设T1为创建线程时间，T2为线程任务执行 时间，T3为线程销毁时间，当T1+T3>T2，这时候就不划算了，使用线程池可以降低频繁创建和销毁线程所带来的开销，任务处理时间比较短的时候这个好处非常显著。
线程池的基本结构：
- 任务队列，存储需要处理的任务，由工作线程来处理这些任务
- 线程池工作线程，它是任务队列任务的消费者，等待新任务的信号
线程池的实现：
- 创建线程池的基本结构：
- 任务队列链表：typedef struct Task;
- 线程池结构体：typedef struct ThreadPool;
2. 线程池的初始化：
- pool_init()
{
创建一个线程池结构
实现任务队列互斥锁和条件变量的初始化
创建n个工作线程
}
3. 线程池添加任务
- pool_add_task
{
判断是否有空闲的工作线程
给任务队列添加一个节点
给工作线程发送信号newtask
}
4. 实现工作线程
- workThread
{
while(1)
{
等待newtask任务信号
从任务队列中删除节点
执行任务
}
}
5.线程池的销毁
- pool_destory
{
删除任务队列链表所有节点，释放空间
删除所有的互斥锁条件变量
删除线程池，释放空间
}
示例代码：
#include
#include
#include
#include
#define POOL_NUM 10
//任务队列链表
typedef struct Task{
void *(*func)(void *arg);//定义函数体指针
void *arg;//定义参数
struct Task *next;//因为任务是一个链表，所以还要定义一个指针
}Task;
//线程池结构体
typedef struct ThreadPool{
pthread_mutex_t taskLock;//任务锁
pthread_cond_t newTask;//有任务来了通知条件变量，即线程池
pthread_t tid[POOL_NUM];//定义10个线程
Task *queue_head;//拿到任务的头部
int busywork;//表示有几个任务工作
}ThreadPool;
ThreadPool *pool;
//工作线程
void *workThread(void *arg)
{
while (1)
{
pthread_mutex_lock(&pool->taskLock);
pthread_cond_wait(&pool->newTask,&pool->taskLock);//没有任务的时候阻塞
Task *ptask = pool->queue_head;//取出任务
pool->queue_head = pool->queue_head->next;//指向任务队列的下一个节点
pthread_mutex_unlock(&pool->taskLock);
ptask->func(ptask->arg); //函数真正的运行
pool->busywork--;
}
}
void *realwork(void *arg)
{
printf("Finish work %d\n",(int)arg);
}
//向线程池添加任务
void pool_add_task(int arg)
{
Task *newTask;
//访问线程池临界资源，所以要加锁
pthread_mutex_lock(&pool->taskLock);
while(pool->busywork>=POOL_NUM)
{
pthread_mutex_unlock(&pool->taskLock);
usleep(10000);//休眠的时候要把锁释放掉
pthread_mutex_lock(&pool->taskLock);
}
pthread_mutex_unlock(&pool->taskLock);
newTask = malloc(sizeof(Task));
newTask->func = realwork; //函数指针初始化
newTask->arg = arg;
pthread_mutex_lock(&pool->taskLock);
Task *member = pool->queue_head;
if(member == NULL)
{
pool->queue_head = newTask;
}else
{
while (member->next!=NULL)//遍历链表，找到末尾
{
member = member->next;
}
member->next = newTask;//将newTask放在链表的尾部
}
pool->busywork++;
pthread_cond_signal(&pool->newTask);
pthread_mutex_unlock(&pool->taskLock);
}
//线程池的初始化
void pool_init()
{
pool = malloc(sizeof(ThreadPool));//对线程池分配一个空间
pthread_mutex_init(&pool->taskLock,NULL);//对任务进程初始化
pthread_cond_init(&pool->newTask,NULL);//对条件变量进行初始化
pool->queue_head = NULL;
pool->busywork = 0;
for(int i = 0; itid[i],NULL,workThread,NULL);
}
}
void pool_destory()
{
Task *head;
while (pool->queue_head!=NULL)
{
head = pool->queue_head;
pool->queue_head = pool->queue_head->next;
free(head);
}
pthread_mutex_destroy(&pool->taskLock);
pthread_cond_destroy(&pool->newTask);
free(pool);
}
int main()
{
pool_init();
sleep(1);
for(int i=1;i<=20;i++)
{
pool_add_task(i);
}
sleep(5);
pool_destory();
} 运行结果：
执行20个任务，而线程池的容量是10，所以会有10个在等待着执行。
三、线程的GDB调试
示例代码：
#include
#include
void *testThread(void *arg)
{
char *threadName = (char *)arg;
printf("Current running %s\n",threadName);
printf("aaaaaa\n");
printf("bbbbbb\n");
pthread_exit(0);
}
int main()
{
pthread_t tid1,tid2;
pthread_create(&tid1,NULL,testThread,"thread1");
pthread_create(&tid2,NULL,testThread,"thread2");
pthread_join(tid1,NULL);
pthread_join(tid2,NULL);
} 正常运行结果：
显示线程：info thread
切换线程：thread id
将断点打在第6行
GDB设置线程锁：
——set scheduler-locking on/off
GDB为特定线程设置断点
——break location thread id
