11.4 Linux_线程_条件变量

概述

条件变量的作用：

条件变量和互斥量配合使用，主要应用于生产者和消费者问题。

这种问题也是一种临界资源的问题，但与互斥量一文中 "写文件" 这种资源不同。文件是一直存在的临界资源，而生产者的资源不是一直存在，资源的产生需要一些条件。条件变量实现了在等待生产者时，消费者进入休眠状态，提高运行效率。

条件变量使用方法：

1、初始化互斥量、条件变量

2.1 生产者：加锁互斥量->生产资源->发送信号给条件变量->解锁互斥量

2.2 消费者：加锁互斥量->无资源时等待条件变量->消费资源->解锁互斥量

相关函数

1、初始化

//动态初始化
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,const pthread_condattr_t *restrict attr);
//静态初始化
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

返回值：成功返回0，失败返回错误码

cond：要初始化的条件变量

attr：条件变量属性，NULL代表默认属性

2、销毁 

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

返回值：成功返回0，失败返回错误码

cond：要销毁的条件变量

3、等待资源

//等待临界资源,阻塞
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond,pthread_mutex_t *restrict mutex);
//等待临界资源,一段时间后退出阻塞
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond,pthread_mutex_t *restrict mutex,const struct timespec *restrict abstime);

cond：等待哪一个条件变量的信号

mutex：与条件变量搭配使用的互斥量

注意：该函数在没有资源时，会解锁互斥量，并把本线程休眠。当接收到资源时，会解除休眠，并再次把互斥量上锁

4、发送信号 

//单个发送信号,代表资源来了,所有线程竞争该资源
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
//广播发送信号,代表资源来了
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);

cond：要向哪一个条件变量发送信号

注意：当 "发送信号" 比 "等待资源" 早时，"等待资源" 是接收不到信号的，这会导致信号丢失。这意味着当运行到 "等待资源" 时，会进入阻塞，直到第二次 "发送信号" 到来

生产者消费者示例代码

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
pthread_mutex_t mutex;//互斥锁
pthread_cond_t cond;//条件变量
//资源
struct resource{char num;struct resource* pNext;
};
struct resource Head;
struct resource* pTail;
//消费者
void* consumer(void* arg){struct resource* pResource = NULL;while(1){//1.加锁互斥量pthread_mutex_lock(&mutex);//2.无资源时等待条件变量,有资源时不断消耗资源while(Head.pNext == NULL){//while的作用:防止信号为广播时产生惊群效应pthread_cond_wait(&cond,&mutex);}//3.消费资源pResource = Head.pNext;Head.pNext = Head.pNext->pNext;if(Head.pNext == NULL){pTail = &Head;}printf("consumer:num = %d\n",pResource->num);free(pResource);//4.解锁互斥量pthread_mutex_unlock(&mutex);sleep(1);}
}
//生产者
void* producer(void* arg){struct resource* pNew = NULL;int i = 0;while(1){//1.加锁互斥量pthread_mutex_lock(&mutex);//2.生产资源if((pNew = malloc(sizeof(struct resource))) == NULL){printf("malloc err\n");pthread_exit(NULL);}pNew->num = i++;pNew->pNext = NULL;pTail->pNext = pNew;pTail = pNew;printf("producer:num = %d\n",pNew->num);//3.发送信号给条件变量pthread_cond_signal(&cond);//4.解锁互斥量pthread_mutex_unlock(&mutex);sleep(1);}
}
int main(){pthread_t tid;Head.pNext = NULL;pTail = &Head;//初始化互斥锁和条件变量pthread_mutex_init(&mutex,NULL);pthread_cond_init(&cond,NULL);//创建线程if(pthread_create(&tid,NULL,producer,NULL) != 0){perror("pthread_create");pthread_detach(tid);return -1;}if(pthread_create(&tid,NULL,consumer,NULL) != 0){perror("pthread_create");return -1;}while(1);//销毁互斥锁和条件变量pthread_mutex_destroy(&mutex);pthread_cond_destroy(&cond);return 0;
}