pthread_cond_wait详解

通常，和pthread _cond_wait 配对使用的有pthread_cond_signal , 同时还有用于pthread_cond_t初始化的pthread_cond_init，销毁的pthread_cond_destroy函数，还有用于加锁保护的pthread_mutex_lock和pthread_mutex_unlock，稍后会对为什么进行加锁做解释。

     初始化条件变量int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cv, pthread_cond_attr *cattr); 

     函数返回值：返回0表示成功，其他都表示失败。对于函数的参数：pthread_cond_attr 是用来设置pthread_cond_t的属性，当传入的值是NULL的时候表示使用默认的属性。这个函数返回时，创建的条件变量保存在cv所指向的内存中。可以用宏PTHREAD_COND_INITIALIZER来初始化条件变量。但是请记住不能用多个线程初始化同一个条件变量，当一个线程要使用条件变量的时候确保它是未被使用的。

    条件变量的销毁：int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cv); 返回0表示成功，返回其他值都表示失败。

    条件变量的使用: int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cv, pthread_mutex_t *mutex)以及 int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cv);

    使用pthread_cond_wait方式如下：

    pthread _mutex_lock(&mutex)

    while或if(线程执行的条件是否成立)

          pthread_cond_wait(&cond, &mutex);

    线程执行

    pthread_mutex_unlock(&mutex);

   

    需要解释的有两点，为什么要加锁，以及为什么可以使用while和if。首先解释第一点，有两个方面，线程在执行的部分访问的是进程的资源，有可能有多个线程需要访问它，为了避免由于线程并发执行所引起的资源竞争，所以要让每个线程互斥的访问公有资源，但是细心一下就会发现，如果while或者if判断的时候，不满足线程的执行条件，那么线程便会调用pthread_cond_wait阻塞自己，但是它持有的锁怎么办呢，如果他不归还操作系统，那么其他线程将会无法访问公有资源。这就要追究一下pthread_cond_wait的内部实现机制，当pthread_cond_wait被调用线程阻塞的时候，pthread_cond_wait会自动释放互斥锁。释放互斥锁的时机是什么呢：是线程从调用pthread_cond_wait到操作系统把他放在线程等待队列之后，这样做有一个很重要的原因，就是mutex的第二个作用，保护条件。想一想，线程是并发执行的，如果在没有把被阻塞的线程A放在等待队列之前，就释放了互斥锁，这就意味着其他线程比如线程B可以获得互斥锁去访问公有资源，这时候线程A所等待的条件改变了，但是它没有被放在等待队列上，导致A忽略了等待条件被满足的信号。倘若在线程A调用pthread_cond_wait开始，到把A放在等待队列的过程中，都持有互斥锁，其他线程无法得到互斥锁，就不能改变公有资源。这就保证了线程A被放在等待队列上之后才会有公有资源被改变的信号传递给等待队列。对于这点apue给出的解释：The mutex passed to pthread_cond_wait protects the condition.The caller passes it locked to the function, which then atomically places the calling thread on

 the list of threads waiting for the condition and unlocks the mutex. This closes the window between the time that the condition is checked and the time that the

 thread goes to sleep waiting for the condition to change, so that the thread doesn't miss a change in the condition. When pthread_cond_wait returns, 

the mutex is again locked.

   接下来讲解使用while和if判断线程执行条件是否成立的区别。一般来说，在多线程资源竞争的时候，在一个使用资源的线程里面（消费者）判断资源是否可用，不可用便调用pthread_cond_wait，在另一个线程里面（生产者）如果判断资源可用的话，则调用pthread_cond_signal发送一个资源可用信号。但是在wait成功之后，资源就一定可以被使用么，答案是否定的，如果同时有两个或者两个以上的线程正在等待此资源，wait返回后，资源可能已经被使用了，在这种情况下，应该使用:

while(resource == FALSE)

      pthread_cond_wait(&cond, &mutex);

如果之后一个消费者，那么使用if就可以了。解释一下原因，分解pthread_cond_wait的动作为以下几步：

1，线程放在等待队列上，解锁

2，等待 pthread_cond_signal或者pthread_cond_broadcast信号之后去竞争锁

3，若竞争到互斥索则加锁。

上面讲到，有可能多个线程在等待这个资源可用的信号，信号发出后只有一个资源可用，但是有A，B两个线程都在等待，B比较速度快，获得互斥锁，然后加锁，消耗资源，然后解锁，之后A获得互斥锁，但他回去发现资源已经被使用了，它便有两个选择，一个是去访问不存在的资源，另一个就是继续等待，那么继续等待下去的条件就是使用while，要不然使用if的话pthread_cond_wait返回后，就会顺序执行下去。

    下面来讲一下：pthread_cond_wait和pthread_cond_singal是怎样配对使用的：

     等待线程：

     pthread_cond_wait前要先加锁
     pthread_cond_wait内部会解锁，然后等待条件变量被其它线程激活
     pthread_cond_wait被激活后会再自动加锁
     激活线程：
     加锁（和等待线程用同一个锁）
     pthread_cond_signal发送信号（阶跃信号前最好判断有无等待线程）
     解锁
     激活线程的上面三个操作在运行时间上都在等待线程的pthread_cond_wait函数内部。

下面我们还是以名的生产者/消费者问题为例来阐述Linux线程的控制和通信。一组生产者线程与一组消费者线程通过缓冲区发生联系。生产者线程将生产的产品送入缓冲区，消费者线程则从中取出产品。缓冲区有N 个，是一个环形的缓冲池。 

#include
#include
#define BUFFER_SIZE 16 // 缓冲区数量
struct prodcons
{
    // 缓冲区相关数据结构
    int buffer[BUFFER_SIZE]; /* 实际数据存放的数组*/
    pthread_mutex_t lock; /* 互斥体lock 用于对缓冲区的互斥操作 */
    int readpos, writepos; /* 读写指针*/
    pthread_cond_t notempty; /* 缓冲区非空的条件变量 */
    pthread_cond_t notfull; /* 缓冲区未满的条件变量 */
};
/* 初始化缓冲区结构 */
void init(struct prodcons *b)
{
    pthread_mutex_init(&b->lock, NULL);
    pthread_cond_init(&b->notempty, NULL);
    pthread_cond_init(&b->notfull, NULL);
    b->readpos = 0;
    b->writepos = 0;
}
/* 将产品放入缓冲区,这里是存入一个整数*/
void put(struct prodcons *b, int data)
{
    pthread_mutex_lock(&b->lock);
    /* 等待缓冲区未满*/
    if ((b->writepos + 1) % BUFFER_SIZE == b->readpos)
    {
        pthread_cond_wait(&b->notfull, &b->lock);
    }
    /* 写数据,并移动指针 */
    b->buffer[b->writepos] = data;
    b->writepos++;
    if (b->writepos >= BUFFER_SIZE)
        b->writepos = 0;
    /* 设置缓冲区非空的条件变量*/
    pthread_cond_signal(&b->notempty);
    pthread_mutex_unlock(&b->lock);
}
/* 从缓冲区中取出整数*/
int get(struct prodcons *b)
{
    int data;
    pthread_mutex_lock(&b->lock);
    /* 等待缓冲区非空*/
    if (b->writepos == b->readpos)
    {
        pthread_cond_wait(&b->notempty, &b->lock);
    }
    /* 读数据,移动读指针*/
    data = b->buffer[b->readpos];
    b->readpos++;
    if (b->readpos >= BUFFER_SIZE)
        b->readpos = 0;
    /* 设置缓冲区未满的条件变量*/
    pthread_cond_signal(&b->notfull);
    pthread_mutex_unlock(&b->lock);
    return data;
}

/* 测试:生产者线程将1 到10000 的整数送入缓冲区,消费者线
   程从缓冲区中获取整数,两者都打印信息*/
#define OVER ( - 1)
struct prodcons buffer;
void *producer(void *data)
{
    int n;
    for (n = 0; n < 10000; n++)
    {
        printf("%d --->\n", n);
        put(&buffer, n);
    } put(&buffer, OVER);
    return NULL;
}

void *consumer(void *data)
{
    int d;
    while (1)
    {
        d = get(&buffer);
        if (d == OVER)
            break;
        printf("--->%d \n", d);
    }
    return NULL;
}

int main(void)
{
    pthread_t th_a, th_b;
    void *retval;
    init(&buffer);
    /* 创建生产者和消费者线程*/
    pthread_create(&th_a, NULL, producer, 0);
    pthread_create(&th_b, NULL, consumer, 0);
    /* 等待两个线程结束*/
    pthread_join(th_a, &retval);
    pthread_join(th_b, &retval);
    return 0;
}