前面的一片文章我们已经讲过使用信号量解决生产者消费者问题,那么什么情况下我们需要引入条件变量呢?
这里借用 http://www.cnblogs.com/ngnetboy/p/3521547.html 的解释:
假设有共享的资源sum,与之相关联的mutex 是lock_s.假设每个线程对sum的操作很简单的,与sum的状态无关,比如只是sum++.那么只用mutex足够了.程序员只要确保每个线程操作前,取得lock,然后sum++,再unlock即可.每个线程的代码将像这样:
add() { pthread_mutex_lock(lock_s); sum++; pthread_mutex_unlock(lock_s); }
如果操作比较复杂,假设线程t0,t1,t2的操作是sum++,而线程t3则是在sum到达100的时候,打印出一条信息,并对sum清零. 这种情况下,如果只用mutex, 则t3需要一个循环,每个循环里先取得lock_s,然后检查sum的状态,如果sum>=100,则打印并清零,然后unlock.如果sum<100,则unlock,并sleep()本线程合适的一段时间。
这个时候,t0,t1,t2的代码不变,t3的代码如下:
print() { while (1) { pthread_mutex_lock(lock_s); if(sum<100) { printf(“sum reach 100!”); pthread_mutex_unlock(lock_s); } else { pthread_mutex_unlock(lock_s); my_thread_sleep(100); return OK; } } }
这种办法有两个问题
1) sum在大多数情况下不会到达100,那么对t3的代码来说,大多数情况下,走的是else分支,只是lock和unlock,然后sleep().这浪费了CPU处理时间.
2) 为了节省CPU处理时间,t3会在探测到sum没到达100的时候sleep()一段时间.这样却又带来另外一个问题,亦即t3响应速度下降.可能在sum到达200的时候,t4才会醒过来.
3) 这样,程序员在设置sleep()时间的时候陷入两难境地,设置得太短了节省不了资源,太长了又降低响应速度.真是难办啊!
这个时候,condition variable,从天而降,拯救了焦头烂额的你.
你首先定义一个condition variable.
pthread_cond_t cond_sum_ready=PTHREAD_COND_INITIALIZER;
t0,t1,t2的代码只要后面加两行,像这样:
add() { pthread_mutex_lock(lock_s); sum++; pthread_mutex_unlock(lock_s); if(sum>=100) pthread_cond_signal(&cond_sum_ready); } 而t3的代码则是 print { pthread_mutex_lock(lock_s); while(sum<100) pthread_cond_wait(&cond_sum_ready, &lock_s); printf(“sum is over 100!”); sum=0; pthread_mutex_unlock(lock_s); return OK; }
注意两点:
1) 在thread_cond_wait()之前,必须先lock相关联的mutex, 因为假如目标条件未满足,pthread_cond_wait()实际上会unlock该mutex, 然后block,在目标条件满足后再重新lock该mutex, 然后返回.
2) 为什么是while(sum<100),而不是if(sum<100) ?这是因为在pthread_cond_signal()和pthread_cond_wait()返回之间,有时间差,假设在这个时间差内,还有另外一个线程t4又把sum减少到100以下了,那么t3在pthread_cond_wait()返回之后,显然应该再检查一遍sum的大小.这就是用 while的用意
Posix条件变量常用API:
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr); int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond); 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); int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond); int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
条件变量的使用规范:
(一)、等待条件代码 pthread_mutex_lock(&mutex); while (条件为假) pthread_cond_wait(cond, mutex); 修改条件 pthread_mutex_unlock(&mutex); (二)、给条件发送通知代码 pthread_mutex_lock(&mutex); 设置条件为真 pthread_cond_signal(cond); pthread_mutex_unlock(&mutex);注意是while而不是if,原因是在信号的中断后还能正常运行。
解决生产者消费者问题(无界缓冲区):
#include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <pthread.h> #include <semaphore.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <errno.h> #include <string.h> #define ERR_EXIT(m) \ do \ { \ perror(m); \ exit(EXIT_FAILURE); \ } while(0) #define CONSUMERS_COUNT 2 #define PRODUCERS_COUNT 1 pthread_mutex_t g_mutex; pthread_cond_t g_cond; pthread_t g_thread[CONSUMERS_COUNT + PRODUCERS_COUNT]; int nready = 0; void *consume(void *arg) { int num = (int)arg; while (1) { pthread_mutex_lock(&g_mutex); while (nready == 0) { printf("%d begin wait a condtion ...\n", num); pthread_cond_wait(&g_cond, &g_mutex); } printf("%d end wait a condtion ...\n", num); printf("%d begin consume product ...\n", num); --nready; printf("%d end consume product ...\n", num); pthread_mutex_unlock(&g_mutex); sleep(1); } return NULL; } void *produce(void *arg) { int num = (int)arg; while (1) { pthread_mutex_lock(&g_mutex); printf("%d begin produce product ...\n", num); ++nready; printf("%d end produce product ...\n", num); pthread_cond_signal(&g_cond); printf("%d signal ...\n", num); pthread_mutex_unlock(&g_mutex); sleep(1); } return NULL; } int main(void) { int i; pthread_mutex_init(&g_mutex, NULL); pthread_cond_init(&g_cond, NULL); for (i = 0; i < CONSUMERS_COUNT; i++) pthread_create(&g_thread[i], NULL, consume, (void *)i); sleep(1); for (i = 0; i < PRODUCERS_COUNT; i++) pthread_create(&g_thread[CONSUMERS_COUNT + i], NULL, produce, (void *)i); for (i = 0; i < CONSUMERS_COUNT + PRODUCERS_COUNT; i++) pthread_join(g_thread[i], NULL); pthread_mutex_destroy(&g_mutex); pthread_cond_destroy(&g_cond); return 0; }