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分类: LINUX

2011-09-09 19:52:00

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。
  1. 创建和注销
  条件变量和互斥锁一样,都有静态动态两种创建方式,静态方式使用PTHREAD_COND_INITIALIZER常量,如下:
  pthread_cond_t cond=PTHREAD_COND_INITIALIZER
  动态方式调用pthread_cond_init()函数,API定义如下:
  int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr)
  尽管POSIX标准中为条件变量定义了属性,但在LinuxThreads中没有实现,因此cond_attr值通常为NULL,且被忽略。
  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。因为Linux实现的条件变量没有分配什么资源,所以注销动作只包括检查是否有等待线程。API定义如下:
  int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond)
  2. 等待和激发
  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:无条件等待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。
  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。
  现在来看一段典型的应用:看注释即可。
  1. #include <pthread.h>
  2.   #include <unistd.h>
  3.   static pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
  4.   static pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
  5.   struct node {
  6.   int n_number;
  7.   struct node *n_next;
  8.   } *head = NULL; /*[thread_func]*/
  9.   static void cleanup_handler(void *arg)
  10.   {
  11.   printf("Cleanup handler of second thread.\n");
  12.   free(arg);
  13.   (void)pthread_mutex_unlock(&mtx);
  14.   }
  15.   static void *thread_func(void *arg) {
  16.   struct node *p = NULL;
  17.   pthread_cleanup_push(cleanup_handler, p);
  18.   while (1)
  19.   {
  20.   pthread_mutex_lock(&mtx);
  21.   //这个mutex主要是用来保证pthread_cond_wait的并发性
  22.   //这个while要特别说明一下,单个pthread_cond_wait功能很完善,为何这里要有一个while (head == NULL)呢?因为pthread_cond_wait里的线程可能会被意外唤醒,如果这个时候head != NULL,则不是我们想要的情况。这个时候,应该让线程继续进入pthread_cond_wait
  23.   while (head == NULL)
  24.   {
  25.   pthread_cond_wait(&cond, &mtx); // pthread_cond_wait会先解除之前的pthread_mutex_lock锁定的mtx,然后阻塞在等待对列里休眠,直到再次被唤醒(大多数情况下是等待的条件成立而被唤醒,唤醒后,该进程会先锁定先pthread_mutex_lock(&mtx);,再读取资源 用这个流程是比较清楚的/*block-->unlock-->wait() return-->lock*/
  26.     }
  27.   p = head;
  28.   head = head->n_next;
  29.   printf("Got %d from front of queue\n", p->n_number);
  30.   free(p);
  31.   pthread_mutex_unlock(&mtx); //临界区数据操作完毕,释放互斥锁
  32.   }
  33.   pthread_cleanup_pop(0);
  34.   return 0; /*EC_CLEANUP_BGN (void)pthread_mutex_unlock(&mtx); EC_FLUSH("thread_func") return 1; EC_CLEANUP_END*/ 
  35.  }
  36.  /*[]*/
  37.   int main(void) {
  38.   pthread_t tid;
  39.   int i;
  40.   struct node *p;
  41.   pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);
  42.   //子线程会一直等待资源,类似生产者和消费者,但是这里的消费者可以是多个消费者,而不仅仅支持普通的单个消费者,这个模型虽然简单,但是很强大 
  43.     /*[tx6-main]*/
  44.   for (i = 0; i < 10; i++) {
  45.   p = malloc(sizeof(struct node));
  46.   p->n_number = i;
  47.   pthread_mutex_lock(&mtx); //需要操作head这个临界资源,先加锁,
  48.   p->n_next = head;
  49.   head = p;
  50.   pthread_cond_signal(&cond);
  51.   pthread_mutex_unlock(&mtx); //解锁
  52.   sleep(1);
  53.   }
  54.   printf("thread 1 wanna end the cancel thread 2.\n");
  55.   pthread_cancel(tid); //关于pthread_cancel,有一点额外的说明,它是从外部终止子线程,子线程会在最近的取消点,退出线程,而在我们的代码里,最近的取消点肯定就是pthread_cond_wait()了。
  56.   pthread_join(tid, NULL);
  57.   printf("All done -- exiting\n");
  58.   return 0; /*[]*/ /*EC_CLEANUP_BGN return EXIT_FAILURE; EC_CLEANUP_END*/
  59.   }
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