Linux多线程编程（二）

引言
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（此时不再占用cpu）；另一个线程使条件成立（给出条件成立信号）。为了防止竞争，条件变量的使用总是和一个互斥锁结合在一起。

函数原型
1. 定义条件变量

#include <pthread.h>

/* 定义两个条件变量 */
pthread_cond_t cond_pro, cond_con;

2. 初始化和销毁条件变量

#include <pthread.h>

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr);int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond); /* 初始化条件变量 */
pthread_cond_init(&cond_pro, NULL);
pthread_cond_init(&cond_con, NULL);
/* 销毁条件变量 */
pthread_cond_destroy(&cond_pro);
pthread_cond_destroy(&cond_pro);

3. 等待和激发条件

#include <pthread.h>

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex);

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
/* 等待条件 */
/* 注意：pthread_cond_wait为阻塞函数。解开锁，再等待。等条件满足时，需要抢到锁，才可以被唤醒*/  
pthread_cond_wait(&cond_pro,&mutex); 

/* 激发条件 */
/* 所有因为不满足条件的线程都会阻塞在条件变量cond_pro中的一个队列中 */
/* 以广播方式，通知所有被阻塞的所有线程 */
pthread_cond_broadcast(&cond_pro);
/* 以signal方式，只通知排在最前面的线程 */
pthread_cond_signal(&cond_pro);

代码

/*************************************************************************
  > File Name: my_con.c
  > Author: KrisChou
  > Mail:[email protected] 
  > Created Time: Tue 26 Aug 2014 10:24:29 AM CST
 ************************************************************************/

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#define CELL 10
#define FLORE 0

 

int i = 0; /* 所有线程共享的全局变量，此处假定至多递增至10，最小减到0 */

pthread_mutex_t mutex;       /* 定义互斥锁 */
pthread_cond_t cond_pro, cond_con; /* 定义两个条件变量 */

/* 生产者线程 */
void* pro_handler(void *arg)
{
  pthread_detach(pthread_self());  /* 由系统回收线程资源，而非主线程回收资源 ，此类情况主线程是个服务器，永久不会退出 */
  
  while(1)
  {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    while(i >= CELL)
    {
      pthread_cond_wait(&cond_pro,&mutex); 
      /* continue是轮询，此处是阻塞 */
      /* 把锁放开再等 ，第一个参数是结构体指针，其中有成员存放被阻塞的函数 */
      /*不占cpu*/
      /* 不满足条件时才会等 ，需要别人告诉它，才能唤醒它*//* 当它返回时，锁也要回来了*/
    }
    i++;
    if(i == 1)
    {
      /* 由空到不空，唤醒消费者 */
      pthread_cond_signal(&cond_con);  /*不会立马signal被阻塞的消费者线程，因为其还要等锁抢回来*/
    }
    printf("add i: %d \n", i);
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    sleep(rand() % 5 + 1);
  }
}

/* 消费者线程 */
void* con_handler(void *arg)
{
  pthread_detach(pthread_self());
  while(1)
  {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    while(i <= FLORE)
    {
      pthread_cond_wait(&cond_cno,&mutex);
    }
    i--;
    if(i == 9) /* 由满到不满，要告诉生产者,以便将其唤醒 *//*此处，直接signal也可以，我们是为了更加精确*/
    {
      pthread_cond_signal(&cond_pro);
    }
    printf("con i: %d \n", i);
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    sleep(rand() % 5 + 1);
  }
}

int main(int argc, char *argv[]) // exe +num -num
{
  srand(getpid());
  int con_cnt, pro_cnt;
  pro_cnt = atoi(argv[1]);
  con_cnt = atoi(argv[2]);
  pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
  pthread_cond_init(&cond_pro,NULL);
  pthread_cond_init(&cond_con,NULL);
  pthread_t *arr = (pthread_t*)calloc(con_cnt + pro_cnt , sizeof(pthread_t));
  int index = 0;
  while(pro_cnt > 0)
  {
    pthread_create(arr + index, NULL, pro_handler, NULL);
    index++;
    pro_cnt--;
  }
  while(con_cnt > 0)
  {
    pthread_create(arr + index, NULL, con_handler, NULL);
    index++;
    con_cnt--;
  }
  while(1);
  pthread_mutex_destroy(&mutex);
  pthread_cond_destroy(&cond_pro);
  pthread_cond_destroy(&cond_con);
  return 0;
}

注意
无论是在生产者线程，还是在消费者线程中。标记黄色部分的判断条件必须用while。以生产者线程举例，当i>=CELL时，也就是i满时，此时执行pthread_cond_wait(&cond_cno,&mutex); 该生产者线程被挂起。必须等到消费者线程pthread_cond_signal(&cond_pro); 将其唤醒。但是消费者将其signal还不够，被挂其的生产者线程必须重新拿到锁，才可以被激活。但是，由于在消费者signal的同时，生产者并不能立即抢到锁，所以此时可能i值又改变变为大于等于10了。因此必须用while。不然可能导致i>10。