4、Linux多线程，线程同步（2）

2）条件变量（cond）

    利用线程间共享的全局变量进行同步的一种机制。条件变量上的基本操作有：触发条件(当条件变为 true 时)；等待条件，挂起线程直到其他线程触发条件。

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond,pthread_condattr_t *cond_attr);   

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

int pthread_cond_timewait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex *mutex,const timespec *abstime);

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);  //解除所有线程的阻塞

(1)初始化.init()或者pthread_cond_t cond=PTHREAD_COND_INITIALIER（前者为动态初始化，后者为静态初始化）;属性置为NULL

(2)等待条件成立.pthread_wait,pthread_timewait.wait()释放锁,并阻塞等待条件变量为真，timewait()设置等待时间,仍未signal,返回ETIMEOUT(加锁保证只有一个线程wait)

(3)激活条件变量:pthread_cond_signal,pthread_cond_broadcast(激活所有等待线程)

(4)清除条件变量:destroy;无线程等待,否则返回EBUSY

对于

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

int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex, const struct timespec *abstime);

一定要在mutex的锁定区域内使用。

    如果要正确的使用pthread_mutex_lock与pthread_mutex_unlock，请参考

pthread_cleanup_push和pthread_cleanup_pop宏，它能够在线程被cancel的时候正确的释放mutex！

    另外，posix1标准说，pthread_cond_signal与pthread_cond_broadcast无需考虑调用线程是否是mutex的拥有者，也就是说，可以在lock与unlock以外的区域调用。如果我们对调用行为不关心，那么请在lock区域之外调用吧。

说明：

    (1)pthread_cond_wait 自动解锁互斥量(如同执行了pthread_unlock_mutex)，并等待条件变量触发。这时线程挂起，不占用CPU时间，直到条件变量被触发（变量为ture）。在调用 pthread_cond_wait之前，应用程序必须加锁互斥量。pthread_cond_wait函数返回前，自动重新对互斥量加锁(如同执行了pthread_lock_mutex)。

    (2)互斥量的解锁和在条件变量上挂起都是自动进行的。因此，在条件变量被触发前，如果所有的线程都要对互斥量加锁，这种机制可保证在线程加锁互斥量和进入等待条件变量期间，条件变量不被触发。条件变量要和互斥量相联结，以避免出现条件竞争——个线程预备等待一个条件变量，当它在真正进入等待之前，另一个线程恰好触发了该条件（条件满足信号有可能在测试条件和调用pthread_cond_wait函数（block）之间被发出，从而造成无限制的等待）。

(3)pthread_cond_timedwait 和 pthread_cond_wait 一样，自动解锁互斥量及等待条件变量，但它还限定了等待时间。如果在abstime指定的时间内cond未触发，互斥量mutex被重新加锁，且pthread_cond_timedwait返回错误 ETIMEDOUT。abstime 参数指定一个绝对时间，时间原点与 time 和 gettimeofday 相同：abstime = 0 表示 1970年1月1日00:00:00 GMT。

(4)pthread_cond_destroy 销毁一个条件变量，释放它拥有的资源。进入 pthread_cond_destroy 之前，必须没有在该条件变量上等待的线程。

    (5)条件变量函数不是异步信号安全的，不应当在信号处理程序中进行调用。特别要注意，如果在信号处理程序中调用 pthread_cond_signal 或 pthread_cond_boardcast 函数，可能导致调用线程死锁。

示例程序1

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include "stdlib.h"
#include "unistd.h"


pthread_mutex_t mutex;
pthread_cond_t cond;


void hander(void *arg)
{
    free(arg);
    (void)pthread_mutex_unlock(&mutex);
}


void *thread1(void *arg)
{
     pthread_cleanup_push(hander, &mutex);
     while(1)
     {
         printf("thread1 is running\n");
         pthread_mutex_lock(&mutex);
         pthread_cond_wait(&cond,&mutex);
         printf("thread1 applied the condition\n");
         pthread_mutex_unlock(&mutex);
         sleep(4);
     }
     pthread_cleanup_pop(0);
 }
 
void *thread2(void *arg)
{
     while(1)
     {
         printf("thread2 is running\n");
         pthread_mutex_lock(&mutex);
         pthread_cond_wait(&cond,&mutex);
         printf("thread2 applied the condition\n");
         pthread_mutex_unlock(&mutex);
         sleep(1);
     }
}
int main()
{
     pthread_t thid1,thid2;
     printf("condition variable study!\n");
     pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
     pthread_cond_init(&cond,NULL);
     pthread_create(&thid1,NULL,thread1,NULL);
     pthread_create(&thid2,NULL,thread2,NULL);
     sleep(1);
     do
     {
         pthread_cond_signal(&cond);
     }while(1);
     sleep(20);
     pthread_exit(0);
    return 0;
}

示例2

 

#include <pthread.h> 
#include <unistd.h> 
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"


static pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; 
static pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER; 

struct node 
{ 
    int n_number; 
    struct node *n_next; 
} *head = NULL; 

/*[thread_func]*/ 
static void cleanup_handler(void *arg) 
{ 
    printf("Cleanup handler of second thread./n"); 
    free(arg); 
    (void)pthread_mutex_unlock(&mtx); 
} 

static void *thread_func(void *arg) 
{ 
    struct node *p = NULL; 

    pthread_cleanup_push(cleanup_handler, p); 
    while (1) 
    { 
         //这个mutex主要是用来保证pthread_cond_wait的并发性
        pthread_mutex_lock(&mtx);          
        while (head == NULL)   
        {               
            //这个while要特别说明一下，单个pthread_cond_wait功能很完善，为何
            //这里要有一个while (head == NULL)呢？因为pthread_cond_wait里的线
            //程可能会被意外唤醒，如果这个时候head != NULL，则不是我们想要的情况。
            //这个时候，应该让线程继续进入pthread_cond_wait
            
            // pthread_cond_wait会先解除之前的pthread_mutex_lock锁定的mtx，
            //然后阻塞在等待对列里休眠，直到再次被唤醒（大多数情况下是等待的条件成立
            //而被唤醒，唤醒后，该进程会先锁定先pthread_mutex_lock(&mtx);，再读取资源
            //用这个流程是比较清楚的/*block-->unlock-->wait() return-->lock*/
            pthread_cond_wait(&cond, &mtx);         
            p = head; 
            head = head->n_next; 
            printf("Got %d from front of queue/n", p->n_number); 
            free(p); 
        }
        pthread_mutex_unlock(&mtx);             //临界区数据操作完毕，释放互斥锁
    } 
    pthread_cleanup_pop(0); 
    return 0; 
} 

int main(void) 
{ 
    pthread_t tid; 
    int i; 
    struct node *p; 
    //子线程会一直等待资源，类似生产者和消费者，但是这里的消费者可以是多个消费者，而
    //不仅仅支持普通的单个消费者，这个模型虽然简单，但是很强大
    pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);   
    sleep(1);
    for (i = 0; i < 10; i++) 
    { 
        p = (struct node*)malloc(sizeof(struct node)); 
        p->n_number = i; 
        pthread_mutex_lock(&mtx);             //需要操作head这个临界资源，先加锁，
        p->n_next = head; 
        head = p; 
        pthread_cond_signal(&cond); 
        pthread_mutex_unlock(&mtx);           //解锁
        sleep(1); 
    } 
    printf("thread 1 wanna end the line.So cancel thread 2./n"); 
    
    //关于pthread_cancel，有一点额外的说明，它是从外部终止子线程，子线程会在最近的取消点，退出
    //线程，而在我们的代码里，最近的取消点肯定就是pthread_cond_wait()了。
    pthread_cancel(tid);            
    pthread_join(tid, NULL); 
    printf("All done -- exiting/n"); 
    return 0; 
}

3）信号量

    如同进程一样，线程也可以通过信号量来实现通信，虽然是轻量级的。

    信号量函数的名字都以"sem_"打头。线程使用的基本信号量函数有四个。

#include <semaphore.h>

int sem_init (sem_t *sem , int pshared, unsigned int value);

    这是对由sem指定的信号量进行初始化，设置好它的共享选项（linux 只支持为0，即表示它是当前进程的局部信号量），然后给它一个初始值VALUE。

两个原子操作函数：

int sem_wait(sem_t *sem);

int sem_post(sem_t *sem);

    这两个函数都要用一个由sem_init调用初始化的信号量对象的指针做参数。

sem_post：给信号量的值加1；

sem_wait:给信号量减1；对一个值为0的信号量调用sem_wait,这个函数将会等待直到有其它线程使它不再是0为止。

int sem_destroy(sem_t *sem);

    这个函数的作用是再我们用完信号量后都它进行清理。归还自己占有的一切资源。

参考：

【1】 http://www.cnblogs.com/feisky/archive/2009/11/12/1601824.html

【2】 http://www.cnblogs.com/mydomain/archive/2011/07/10/2102147.html

【3】 线程函数介绍

http://www.unix.org/version2/whatsnew/threadsref.html

【4】 http://www.yolinux.com/TUTORIALS/LinuxTutorialPosixThreads.html

【5】 线程常用函数简介

http://www.rosoo.net/a/201004/8954.html

【6】 条件变量

http://blog.csdn.net/hiflower/article/details/2195350

【7】条件变量函数说明

http://blog.csdn.net/hairetz/article/details/4535920