Posix多线程编程学习笔记（五）—条件变量（1）

淡淡的烟草味﹌ 2022-06-12 12:27 333阅读 0赞

**一、什么是条件变量**

与互斥锁不同，条件变量是用来等待而不是用来上锁的。条件变量用来自动阻塞一个线程，直到某特殊情况发生为止。通常条件变量和互斥锁同时使用。

条件变量使我们可以睡眠等待某种条件出现。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）。

条件的检测是在互斥锁的保护下进行的。如果一个条件为假，一个线程自动阻塞，并释放等待状态改变的互斥锁。如果另一个线程改变了条件，它发信号给关联的条件变量，唤醒一个或多个等待它的线程，重新获得互斥锁，重新评价条件。如果两进程共享可读写的内存，条件变量可以被用来实现这两进程间的线程同步。

使用条件变量之前要先进行初始化。可以在单个语句中生成和初始化一个条件变量如：

pthread\_cond\_t my\_condition=PTHREAD\_COND\_INITIALIZER;（用于进程间线程的通信）。

也可以利用函数pthread\_cond\_init动态初始化。

**二、条件变量函数**

1．

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 名称： </td> 
 <td> pthread_cond_init </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 目标： </td> 
 <td> 条件变量初始化 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 头文件： </td> 
 <td> #include &lt; pthread.h&gt; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 函数原形： </td> 
 <td> int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, const pthread_condattr_t *attr); </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 参数: </td> 
 <td> cptr&nbsp; 条件变量 attr&nbsp; 条件变量属性 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 返回值： </td> 
 <td> 成功返回0，出错返回错误编号。 </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

pthread\_cond\_init函数可以用来初始化一个条件变量。他使用变量attr所指定的属性来初始化一个条件变量，如果参数attr为空，那么它将使用缺省的属性来设置所指定的条件变量。

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 名称： </td> 
 <td> pthread_cond_destroy </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 目标： </td> 
 <td> 条件变量摧毁 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 头文件： </td> 
 <td> #include &lt; pthread.h&gt; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 函数原形： </td> 
 <td> int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond); </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 参数: </td> 
 <td> cptr&nbsp; 条件变量 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 返回值： </td> 
 <td> 成功返回0，出错返回错误编号。 </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

pthread\_cond\_destroy函数可以用来摧毁所指定的条件变量，同时将会释放所给它分配的资源。调用该函数的进程也并不要求等待在参数所指定的条件变量上。

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 名称： </td> 
 <td> pthread_cond_wait/pthread_cond_timedwait </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 目标： </td> 
 <td> 条件变量等待 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 头文件： </td> 
 <td> #include &lt; pthread.h&gt; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 函数原形： </td> 
 <td> int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex_t *mutex); int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex_t mytex,const struct timespec *abstime); </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 参数: </td> 
 <td> cond 条件变量 mutex 互斥锁 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 返回值： </td> 
 <td> 成功返回0，出错返回错误编号。 </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

第一个参数\*cond是指向一个条件变量的指针。第二个参数\*mutex则是对相关的互斥锁的指针。函数pthread\_cond\_timedwait函数类型与函数pthread\_cond\_wait,区别在于，如果达到或是超过所引用的参数\*abstime,它将结束并返回错误ETIME.pthread\_cond\_timedwait函数的参数\*abstime指向一个timespec结构。该结构如下：

typedef struct timespec\{

time\_t tv\_sec;

long tv\_nsex;

\}timespec\_t;

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 名称： </td> 
 <td> pthread_cond_signal/pthread_cond_broadcast </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 目标： </td> 
 <td> 条件变量通知 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 头文件： </td> 
 <td> #include &lt; pthread.h&gt; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 函数原形： </td> 
 <td> int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond); int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond); </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 参数: </td> 
 <td> cond 条件变量 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 返回值： </td> 
 <td> 成功返回0，出错返回错误编号。 </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

参数\*cond是对类型为pthread\_cond\_t 的一个条件变量的指针。当调用pthread\_cond\_signal时一个在相同条件变量上阻塞的线程将被解锁。如果同时有多个线程阻塞，则由调度策略确定接收通知的线程。如果调用pthread\_cond\_broadcast,则将通知阻塞在这个条件变量上的所有线程。一旦被唤醒，线程仍然会要求互斥锁。如果当前没有线程等待通知，则上面两种调用实际上成为一个空操作。如果参数\*cond指向非法地址，则返回值EINVAL。

下面是一个简单的例子，我们可以从程序的运行来了解条件变量的作用。

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> #include &lt;pthread.h&gt; #include &lt;stdio.h&gt; #include &lt;stdlib.h&gt; pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;/*初始化互斥锁*/ pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;/*初始化条件变量*/ void *thread1(void *); void *thread2(void *); int i=1; int main(void) { &nbsp;&nbsp;&nbsp; pthread_t t_a; &nbsp;&nbsp;&nbsp; pthread_t t_b; &nbsp;&nbsp;&nbsp; pthread_create(&amp;t_a,NULL,thread2,(void *)NULL);/*创建进程t_a*/ &nbsp;&nbsp;&nbsp; pthread_create(&amp;t_b,NULL,thread1,(void *)NULL); /*创建进程t_b*/ &nbsp;&nbsp;&nbsp; pthread_join(t_b, NULL);/*等待进程t_b结束*/ &nbsp;&nbsp;&nbsp; pthread_mutex_destroy(&amp;mutex); &nbsp;&nbsp;&nbsp; pthread_cond_destroy(&amp;cond); &nbsp;&nbsp;&nbsp; exit(0); } void *thread1(void *junk) { &nbsp;&nbsp;&nbsp; for(i=1;i&lt;=9;i++) &nbsp;&nbsp;&nbsp; { &nbsp; &nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;pthread_mutex_lock(&amp;mutex);/*锁住互斥量*/ &nbsp; &nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;if(i%3==0) &nbsp; &nbsp;&nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; pthread_cond_signal(&amp;cond);/*条件改变，发送信号，通知t_b进程*/ &nbsp; &nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;else&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;&nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; printf("thead1:%d\n",i); &nbsp; &nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;pthread_mutex_unlock(&amp;mutex);/*解锁互斥量*/ sleep(1); } } void *thread2(void *junk) { &nbsp;&nbsp;&nbsp; while(i&lt;9) &nbsp;&nbsp;&nbsp; { &nbsp; &nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;pthread_mutex_lock(&amp;mutex); if(i%3!=0) &nbsp; &nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;pthread_cond_wait(&amp;cond,&amp;mutex);/*等待*/ &nbsp; &nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;printf("thread2:%d\n",i); &nbsp; &nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;pthread_mutex_unlock(&amp;mutex); sleep(1); } } </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

程序创建了2个新线程使他们同步运行，实现进程t\_b打印20以内3的倍数，t\_a打印其他的数，程序开始线程t\_b不满足条件等待，线程t\_a运行使a循环加1并打印。直到i为3的倍数时，线程t\_a发送信号通知进程t\_b，这时t\_b满足条件，打印i值。

下面是运行结果：

\#cc –lpthread –o cond cond.c

\#./cond

thread1:1

thread1:2

thread2:3

thread1:4

thread1:5

thread2:6

thread1:7

thread1:8