Linux多线程编程详细解析—-条件变量 pthread

Linux操作系统下的多线程编程详细解析—-条件变量

1.初始化条件变量pthread_cond_init

#include <pthread.h>

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cv,

const pthread_condattr_t *cattr);

返回值：函数成功返回0；任何其他返回值都表示错误

初始化一个条件变量。当参数cattr为空指针时，函数创建的是一个缺省的条件变量。否则条件变量的属性将由cattr中的属性值来决定。调用 pthread_cond_init函数时，参数cattr为空指针等价于cattr中的属性为缺省属性，只是前者不需要cattr所占用的内存开销。这个函数返回时，条件变量被存放在参数cv指向的内存中。

可以用宏PTHREAD_COND_INITIALIZER来初始化静态定义的条件变量，使其具有缺省属性。这和用pthread_cond_init函数动态分配的效果是一样的。初始化时不进行错误检查。如：

pthread_cond_t cv = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

不能由多个线程同时初始化一个条件变量。当需要重新初始化或释放一个条件变量时，应用程序必须保证这个条件变量未被使用。

2.阻塞在条件变量上pthread_cond_wait

#include <pthread.h>

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cv,

pthread_mutex_t *mutex);

返回值：函数成功返回0；任何其他返回值都表示错误

函数将解锁mutex参数指向的互斥锁，并使当前线程阻塞在cv参数指向的条件变量上。

被阻塞的线程可以被pthread_cond_signal函数，pthread_cond_broadcast函数唤醒，也可能在被信号中断后被唤醒。

pthread_cond_wait函数的返回并不意味着条件的值一定发生了变化，必须重新检查条件的值。

pthread_cond_wait函数返回时，相应的互斥锁将被当前线程锁定，即使是函数出错返回。

一般一个条件表达式都是在一个互斥锁的保护下被检查。当条件表达式未被满足时，线程将仍然阻塞在这个条件变量上。当另一个线程改变了条件的值并向条件变量发出信号时，等待在这个条件变量上的一个线程或所有线程被唤醒，接着都试图再次占有相应的互斥锁。

阻塞在条件变量上的线程被唤醒以后，直到pthread_cond_wait()函数返回之前条件的值都有可能发生变化。所以函数返回以后，在锁定相应的互斥锁之前，必须重新测试条件值。最好的测试方法是循环调用pthread_cond_wait函数，并把满足条件的表达式置为循环的终止条件。如：

pthread_mutex_lock();

while (condition_is_false)

pthread_cond_wait();

pthread_mutex_unlock();

阻塞在同一个条件变量上的不同线程被释放的次序是不一定的。

注意：pthread_cond_wait()函数是退出点，如果在调用这个函数时，已有一个挂起的退出请求，且线程允许退出，这个线程将被终止并开始执行善后处理函数，而这时和条件变量相关的互斥锁仍将处在锁定状态。

3.解除在条件变量上的阻塞pthread_cond_signal

#include <pthread.h>

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cv);

返回值：函数成功返回0；任何其他返回值都表示错误

函数被用来释放被阻塞在指定条件变量上的一个线程。

必须在互斥锁的保护下使用相应的条件变量。否则对条件变量的解锁有可能发生在锁定条件变量之前，从而造成死锁。

唤醒阻塞在条件变量上的所有线程的顺序由调度策略决定，如果线程的调度策略是SCHED_OTHER类型的，系统将根据线程的优先级唤醒线程。

如果没有线程被阻塞在条件变量上，那么调用pthread_cond_signal()将没有作用。

4.阻塞直到指定时间pthread_cond_timedwait

#include <pthread.h>

#include <time.h>

int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cv,

pthread_mutex_t *mp, const structtimespec * abstime);

返回值：函数成功返回0；任何其他返回值都表示错误

函数到了一定的时间，即使条件未发生也会解除阻塞。这个时间由参数abstime指定。函数返回时，相应的互斥锁往往是锁定的，即使是函数出错返回。

注意：pthread_cond_timedwait函数也是退出点。

超时时间参数是指一天中的某个时刻。使用举例：

pthread_timestruc_t to;

to.tv_sec = time(NULL) + TIMEOUT;

to.tv_nsec = 0;

超时返回的错误码是ETIMEDOUT。

5.释放阻塞的所有线程pthread_cond_broadcast

#include <pthread.h>

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cv);

返回值：函数成功返回0；任何其他返回值都表示错误

函数唤醒所有被pthread_cond_wait函数阻塞在某个条件变量上的线程，参数cv被用来指定这个条件变量。当没有线程阻塞在这个条件变量上时，pthread_cond_broadcast函数无效。

由于pthread_cond_broadcast函数唤醒所有阻塞在某个条件变量上的线程，这些线程被唤醒后将再次竞争相应的互斥锁，所以必须小心使用pthread_cond_broadcast函数。

6.释放条件变量pthread_cond_destroy

#include <pthread.h>

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cv);

返回值：函数成功返回0；任何其他返回值都表示错误

释放条件变量。

注意：条件变量占用的空间并未被释放。

7.唤醒丢失问题

在线程未获得相应的互斥锁时调用pthread_cond_signal或pthread_cond_broadcast函数可能会引起唤醒丢失问题。

唤醒丢失往往会在下面的情况下发生：

一个线程调用pthread_cond_signal或pthread_cond_broadcast函数；另一个线程正处在测试条件变量和调用pthread_cond_wait函数之间；没有线程正在处在阻塞等待的状态下。

http://pzs1237.blog.163.com/blog/static/29813006200952335454934/

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条件锁pthread_cond_t

说明，等待线程1。使用pthread_cond_wait前要先加锁2。pthread_cond_wait内部会解锁，然后等待条件变量被其它线程激活3。pthread_cond_wait被激活后会再自动加锁激活线程：1。加锁（和等待线程用同一个锁）2。pthread_cond_signal发送信号3。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。程序示例：#include <stdio.h>#include <pthread.h>#include <unistd.h>pthread_mutex_t count_lock;pthread_cond_t count_nonzero;unsigned count = 0;void *decrement_count(void *arg){ pthread_mutex_lock(&count_lock); printf(“decrement_count get count_lock/n”); while(count == 0) { printf(“decrement_count count == 0 /n”); printf(“decrement_count before cond_wait /n”); pthread_cond_wait(&count_nonzero, &count_lock); printf(“decrement_count after cond_wait /n”); } count = count + 1; pthread_mutex_unlock(&count_lock);}void *increment_count(void *arg){ pthread_mutex_lock(&count_lock); printf(“increment_count get count_lock /n”); if(count == 0) { printf(“increment_count before cond_signal /n”); pthread_cond_signal(&count_nonzero); printf(“increment_count after cond_signal /n”); } count = count + 1; pthread_mutex_unlock(&count_lock);}int main(void){ pthread_t tid1, tid2; pthread_mutex_init(&count_lock, NULL); pthread_cond_init(&count_nonzero, NULL); pthread_create(&tid1, NULL, decrement_count, NULL); sleep(2); pthread_create(&tid2, NULL, increment_count, NULL); sleep(10); pthread_exit(0); return 0;}

运行结果：

[work@db-testing-com06-vm3.db01.baidu.com pthread]$ gcc -o pthread_cond pthread_cond.c -lpthread[work@db-testing-com06-vm3.db01.baidu.com pthread]$ ./pthread_cond decrement_count get count_lockdecrement_count count == 0 decrement_count before cond_wait increment_count get count_lock increment_count before cond_signal increment_count after cond_signal decrement_count after cond_wait

http://egeho123.blogbus.com/logs/10821816.html

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多线程编程,条件变量pthread_cond_t应用

程序代码：

#include <stdio.h>#include <pthread.h>#include <unistd.h>pthread_mutex_t counter_lock;pthread_cond_t counter_nonzero;int counter = 0;int estatus = -1;void *decrement_counter(void *argv);void *increment_counter(void *argv);int main(int argc, char **argv){ printf(“counter: %d/n”, counter); pthread_t thd1, thd2; int ret; ret = pthread_create(&thd1, NULL, decrement_counter, NULL); if(ret){ perror(“del:/n”); return 1; } ret = pthread_create(&thd2, NULL, increment_counter, NULL); if(ret){ perror(“inc: /n”); return 1; } int counter = 0; while(counter != 10){ printf(“counter: %d/n”, counter); sleep(1); counter++; } return 0;}void *decrement_counter(void *argv){ pthread_mutex_lock(&counter_lock); while(counter == 0) pthread_cond_wait(&counter_nonzero, &counter_lock); counter–; pthread_mutex_unlock(&counter_lock); return &estatus;}void *increment_counter(void *argv){ pthread_mutex_lock(&counter_lock); if(counter == 0) pthread_cond_signal(&counter_nonzero); counter++; pthread_mutex_unlock(&counter_lock); return &estatus;}

运行结果：[work@db-testing-com06-vm3.db01.baidu.com pthread]$ gcc -o pthread_cond2 pthread_cond2.c -lpthread[work@db-testing-com06-vm3.db01.baidu.com pthread]$ ./pthread_cond2 counter: 0counter: 0counter: 1counter: 2counter: 3counter: 4counter: 5counter: 6counter: 7counter: 8counter: 9

调试程序的运行过程：

1、开始时 counter为0 （main）2、ret = pthread_create(&thrd1, NULL, decrement_counter, NULL)处生成一个thrd1线程运行decrement_counter(),此线程内函数运行流程为: 先锁定 互斥锁（count_lock） 如果counter为0,此线程被阻塞在条件变量（count_nonzero）上.同时释放互斥锁count_lock（wait内部会先释放锁，等待signal激活后自动再加上锁）.

3、与此同时主程序还在运行,创建另一个线程thrd2运行 increment_counter,此线程内的函数流程如下:先锁定 互斥锁（count_lock）【wait内部释放锁的互斥锁】 如果counter为0, 唤醒在条件变量（count_nonzero）上的线程即thrd1.但是由于有互斥锁count_lock【signal激活后，wait内部又自动加上锁了】, thrd1还是在等待. 然后count++,释放互斥锁,…….thrd1由于互斥锁释放,重新判断counter是不是为0,如果为0再把线程阻塞在条件变量count_nonzero上,但这时counter已经为1了.所以线程继续运行.counter–释放互斥锁……（退出后，运行主线程main）4、与此主程序间隔打印counter运行一段时间退出.

注：更清晰的运行流程请详见如下“改进代码”

后记,在编译的时候加上 -lpthread改进代码：

#include <stdio.h>#include <pthread.h>#include <unistd.h>pthread_mutex_t counter_lock;pthread_cond_t counter_nonzero;int counter = 0;int estatus = -1;void *decrement_counter(void *argv);void *increment_counter(void *argv);int main(int argc, char **argv){ printf(“counter: %d/n”, counter); pthread_t thd1, thd2; int ret; ret = pthread_create(&thd1, NULL, decrement_counter, NULL); if(ret){ perror(“del:/n”); return 1; } ret = pthread_create(&thd2, NULL, increment_counter, NULL); if(ret){ perror(“inc: /n”); return 1; } int counter = 0; while(counter != 10){ printf(“counter(main): %d/n”, counter); sleep(1); counter++; } return 0;}void *decrement_counter(void *argv){ printf(“counter(decrement): %d/n”, counter); pthread_mutex_lock(&counter_lock); while(counter == 0) pthread_cond_wait(&counter_nonzero, &counter_lock); //进入阻塞(wait)，等待激活(signal) printf(“counter–(before): %d/n”, counter); counter–; //等待signal激活后再执行 printf(“counter–(after): %d/n”, counter); pthread_mutex_unlock(&counter_lock); return &estatus;}void *increment_counter(void *argv){ printf(“counter(increment): %d/n”, counter); pthread_mutex_lock(&counter_lock); if(counter == 0) pthread_cond_signal(&counter_nonzero); //激活(signal)阻塞(wait)的线程(先执行完signal线程，然后再执行wait线程) printf(“counter++(before): %d/n”, counter); counter++; printf(“counter++(after): %d/n”, counter); pthread_mutex_unlock(&counter_lock); return &estatus;} 运行结果：[work@db-testing-com06-vm3.db01.baidu.com pthread]$ gcc -o pthread_cond2 pthread_cond2.c -lpthread[work@db-testing-com06-vm3.db01.baidu.com pthread]$ ./pthread_cond2 counter: 0counter(main): 0counter(decrement): 0counter(increment): 0counter++(before): 0counter++(after): 1counter–(before): 1counter–(after): 0counter(main): 1counter(main): 2counter(main): 3counter(main): 4counter(main): 5counter(main): 6counter(main): 7counter(main): 8counter(main): 9http://blog.csdn.net/qiuzhuoxian/archive/2010/03/22/5404617.aspx

出门走好路，出口说好话，出手做好事。