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我的朋友

分类: C/C++

2012-01-07 12:22:51

 有的时候仅仅依靠锁住共享资源来使用它是不够的。有时候共享资源只有某些状态的时候才能够使用。比方说,某个线程如果要从堆栈中读取数据,那么如果栈中没有数据就必须等待数据被压栈。这种情况下的同步使用互斥锁

是不够的。另一种同步的方式--条件变量,就可以使用在这种情况下。

条件变量的使用总是和互斥锁及共享资源联系在一起的。线程首先锁住互斥锁,然后检验共享资源的状态是否处于可使用的状态。如果不是,那么线程就要等待条件变量。要指向这样的操作就必须在等待的时候将互斥锁解锁,以

便其他线程可以访问共享资源并改变其状态。它还得保证从等到得线程返回时互斥体是被上锁得。当另一个线程改变了共享资源的状态时,它就要通知正在等待条件变量的线程,使之重新变回被互斥锁阻塞的线程。


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


 

  1. add()
  2. {
  3.    pthread_mutex_lock(lock_s);
  4.    sum++;
  5.    pthread_mutex_unlock(lock_s);
  6. }

 

  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

  1. print()
  2. {
  3.    while(1)
  4.    {
  5.      pthread_mutex_lock(lock_s);
  6.      if(sum >= 100)
  7.      {
  8.         printf(“sum has reached 100!”);
  9. sum = 0;
  10. pthread_mutex_unlock(lock_s);
  11.      }
  12.      else
  13.      {
  14. pthread_mutex_unlock(lock_s);
  15.        sleep(100); 
  16.      }
  17.    }
  18. }


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,t3才会醒过来.
  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内裤外穿,从天而降,拯救了焦头烂额的你. 你可以首先定义一个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

  1. add()
  2. {
  3.   pthread_mutex_lock(lock_s);
  4.   sum++;   
  5.   if(sum >= 100)
  6. {
  7.    pthread_cond_signal(&cond_sum_ready);
  8. }
  9.     pthread_mutex_unlock(lock_s);
  10. }

而t3的代码则是

  1. print
  2. {
  3.   pthread_mutex_lock(lock_s);
  4.   while(sum < 100)
  5. {
  6.    pthread_cond_wait(&cond_sum_ready, &lock_s);
  7. }
  8.   printf(“sum is over 100!”);
  9.   sum = 0;
  10.   pthread_mutex_unlock(lock_s);
  11. }


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,当目标变量被唤醒的时候才会再重新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发生了唤醒拦截: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,如果sum减少到了100以下,就会再次进入pthread_cond_wait方法.

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