Linux操作系統下的多線程編程詳細解析----條件變量
1.初始化條件變量pthread_cond_init
#include <pthread.h>
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cv,
const pthread_condattr_t *cattr);
返回值：函數成功返回0；任何其他返回值都表示錯誤
初始化一個條件變量。當參數cattr爲空指針時，函數創建的是一個缺省的條件變量。否則條件變量的屬性將由cattr中的屬性值來決定。調用 pthread_cond_init函數時，參數cattr爲空指針等價於cattr中的屬性爲缺省屬性，只是前者不需要cattr所佔用的內存開銷。這個函數返回時，條件變量被存放在參數cv指向的內存中。
可以用宏PTHREAD_COND_INITIALIZER來初始化靜態定義的條件變量，使其具有缺省屬性。這和用pthread_cond_init函數動態分配的效果是一樣的。初始化時不進行錯誤檢查。如：
pthread_cond_t cv = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
不能由多個線程同時初始化一個條件變量。當需要重新初始化或釋放一個條件變量時，應用程序必須保證這個條件變量未被使用。
2.阻塞在條件變量上pthread_cond_wait
#include <pthread.h>
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cv,
pthread_mutex_t *mutex);
返回值：函數成功返回0；任何其他返回值都表示錯誤
函數將解鎖mutex參數指向的互斥鎖，並使當前線程阻塞在cv參數指向的條件變量上。
被阻塞的線程可以被pthread_cond_signal函數，pthread_cond_broadcast函數喚醒，也可能在被信號中斷後被喚醒。
pthread_cond_wait函數的返回並不意味着條件的值一定發生了變化，必須重新檢查條件的值。
pthread_cond_wait函數返回時，相應的互斥鎖將被當前線程鎖定，即使是函數出錯返回。
一般一個條件表達式都是在一個互斥鎖的保護下被檢查。當條件表達式未被滿足時，線程將仍然阻塞在這個條件變量上。當另一個線程改變了條件的值並向條件變量發出信號時，等待在這個條件變量上的一個線程或所有線程被喚醒，接着都試圖再次佔有相應的互斥鎖。
阻塞在條件變量上的線程被喚醒以後，直到pthread_cond_wait()函數返回之前條件的值都有可能發生變化。所以函數返回以後，在鎖定相應的互斥鎖之前，必須重新測試條件值。最好的測試方法是循環調用pthread_cond_wait函數，並把滿足條件的表達式置爲循環的終止條件。如：
pthread_mutex_lock();
while (condition_is_false)
pthread_cond_wait();
pthread_mutex_unlock();
阻塞在同一個條件變量上的不同線程被釋放的次序是不一定的。
注意：pthread_cond_wait()函數是退出點，如果在調用這個函數時，已有一個掛起的退出請求，且線程允許退出，這個線程將被終止並開始執行善後處理函數，而這時和條件變量相關的互斥鎖仍將處在鎖定狀態。
3.解除在條件變量上的阻塞pthread_cond_signal
#include <pthread.h>
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cv);
返回值：函數成功返回0；任何其他返回值都表示錯誤
函數被用來釋放被阻塞在指定條件變量上的一個線程。
必須在互斥鎖的保護下使用相應的條件變量。否則對條件變量的解鎖有可能發生在鎖定條件變量之前，從而造成死鎖。
喚醒阻塞在條件變量上的所有線程的順序由調度策略決定，如果線程的調度策略是SCHED_OTHER類型的，系統將根據線程的優先級喚醒線程。
如果沒有線程被阻塞在條件變量上，那麼調用pthread_cond_signal()將沒有作用。
4.阻塞直到指定時間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：函數成功返回0；任何其他返回值都表示錯誤
函數到了一定的時間，即使條件未發生也會解除阻塞。這個時間由參數abstime指定。函數返回時，相應的互斥鎖往往是鎖定的，即使是函數出錯返回。
注意：pthread_cond_timedwait函數也是退出點。
超時時間參數是指一天中的某個時刻。使用舉例：
pthread_timestruc_t to;
to.tv_sec = time(NULL) + TIMEOUT;
to.tv_nsec = 0;
超時返回的錯誤碼是ETIMEDOUT。
5.釋放阻塞的所有線程pthread_cond_broadcast
#include <pthread.h>
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cv);
返回值：函數成功返回0；任何其他返回值都表示錯誤
函數喚醒所有被pthread_cond_wait函數阻塞在某個條件變量上的線程，參數cv被用來指定這個條件變量。當沒有線程阻塞在這個條件變量上時，pthread_cond_broadcast函數無效。
由於pthread_cond_broadcast函數喚醒所有阻塞在某個條件變量上的線程，這些線程被喚醒後將再次競爭相應的互斥鎖，所以必須小心使用pthread_cond_broadcast函數。
6.釋放條件變量pthread_cond_destroy
#include <pthread.h>
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cv);
返回值：函數成功返回0；任何其他返回值都表示錯誤
釋放條件變量。
注意：條件變量佔用的空間並未被釋放。
7.喚醒丟失問題
在線程未獲得相應的互斥鎖時調用pthread_cond_signal或pthread_cond_broadcast函數可能會引起喚醒丟失問題。
喚醒丟失往往會在下面的情況下發生：
- 一個線程調用pthread_cond_signal或pthread_cond_broadcast函數；
- 另一個線程正處在測試條件變量和調用pthread_cond_wait函數之間；
- 沒有線程正在處在阻塞等待的狀態下。
轉載聲明： 本文轉自 http://pzs1237.blog.163.com/blog/static/29813006200952335454934/
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條件鎖pthread_cond_t
說明，
等待線程
1。使用pthread_cond_wait前要先加鎖
2。pthread_cond_wait內部會解鎖，然後等待條件變量被其它線程激活
3。pthread_cond_wait被激活後會再自動加鎖
激活線程：
1。加鎖（和等待線程用同一個鎖）
2。pthread_cond_signal發送信號
3。解鎖
激活線程的上面三個操作在運行時間上都在等待線程的pthread_cond_wait函數內部。
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;
- }
運行結果：
[[email protected] pthread]$ gcc -o pthread_cond pthread_cond.c -lpthread
[[email protected] pthread]$ ./pthread_cond
decrement_count get count_lock
decrement_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
轉載聲明： 本文轉自 http://egeho123.blogbus.com/logs/10821816.html
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多線程編程,條件變量pthread_cond_t應用
程序代碼：
- #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;
- }
運行結果：
[[email protected] pthread]$ gcc -o pthread_cond2 pthread_cond2.c -lpthread
[[email protected] pthread]$ ./pthread_cond2
counter: 0
counter: 0
counter: 1
counter: 2
counter: 3
counter: 4
counter: 5
counter: 6
counter: 7
counter: 8
counter: 9
調試程序的運行過程：
注：更清晰的運行流程請詳見如下“改進代碼”
- #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); //進入阻塞(wait)，等待激活(signal)
- printf("counter--(before): %d/n", counter);
- counter--; //等待signal激活後再執行
- 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)的線程(先執行完signal線程，然後再執行wait線程)
- printf("counter++(before): %d/n", counter);
- counter++;
- printf("counter++(after): %d/n", counter);
- pthread_mutex_unlock(&counter_lock);
- return &estatus;
- }
[[email protected] pthread]$ ./pthread_cond2
counter: 0
counter(main): 0
counter(decrement): 0
counter(increment): 0
counter++(before): 0
counter++(after): 1
counter--(before): 1
counter--(after): 0
counter(main): 1
counter(main): 2
counter(main): 3
counter(main): 4
counter(main): 5
counter(main): 6
counter(main): 7
counter(main): 8
counter(main): 9