浅析pthread_cond_wait

浅析pthread_cond_wait

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）。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。 

一 pthread_cond_wait定义： 

函数原型：int   pthread_cond_wait(pthread_cond_t   *cond,   pthread_mutex_t   *mutex)   

参数: cond 条件变量  mutex 互斥锁 
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。 

二 pthread_cond_wait示例理解 

pthread_cond_wait的机制比较难里理解，是条件变量中重要的成分。条件变量用于线程间同步，那么pthread_cond_wait必须和互斥锁同时作用在一个线程里，它同时起到对资源的加锁和解锁，看下面的示例： 


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9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。 

 1 #include<pthread.h>
   2 #include<unistd.h>
   3 #include<stdio.h>
   4 #include<stdlib.h>
   5
   6 pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;/*初始化互斥锁*/
   7 pthread_cond_t  cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;//init cond
   8
   9 void *thread1(void*);
  10 void *thread2(void*);
  11
  12 int i = 1; //global
  13
  14 int main(void){
  15     pthread_t t_a;
  16     pthread_t t_b;//two thread
  17
  18     pthread_create(&t_a,NULL,thread2,(void*)NULL);
  19     pthread_create(&t_b,NULL,thread1,(void*)NULL);//Create thread
  20
  21     pthread_join(t_b,NULL);//wait a_b thread end
  22     pthread_mutex_destroy(&mutex);
  23     pthread_cond_destroy(&cond);
 24     exit(0);
  25 }
  26
  27 void *thread1(void *junk){
  28     for(i = 1;i<= 9; i++){
  29         pthread_mutex_lock(&mutex); //互斥锁
  30         printf("call thread1 \n");
  31         if(i%3 == 0)
  32             pthread_cond_signal(&cond); //send sianal to t_b
  33         else
  34             printf("thread1: %d\n",i);
  35         pthread_mutex_unlock(&mutex);
  36         sleep(1);
  37     }
  38 }
  39
  40 void *thread2(void*junk){
  41     while(i < 9)
  42     {
  43         pthread_mutex_lock(&mutex);
  44         printf("call thread2 \n");
  45         if(i%3 != 0)
  46             pthread_cond_wait(&cond,&mutex); //wait
   47         printf("thread2: %d\n",i);
  48         pthread_mutex_unlock(&mutex);
  49         sleep(1);
  50     }
  51 }

输出： 
call thread2 
call thread1 
thread1: 1 
call thread1 
thread1: 2 
call thread1 
thread2: 3 
call thread1 
thread1: 4 
call thread2 
call thread1 
thread1: 5 
call thread1 
thread2: 6 
call thread1 
thread1: 7 
call thread2 
call thread1 
thread1: 8 
call thread1 
thread2: 9 

示例的解释： 
call thread2：是线程2即t_b首先上锁，即 pthread_mutex_lock(&mutex);锁住了mutex使得此进程执行线程2中的临界区的代码，当执行到45行：if(i%3 != 0)，此时i=1,满足此条件，则执行46行： pthread_cond_wait(&cond,&mutex); 这句是关键，pthread_cond_wait(&cond,&mutex)操作有两步，是原子操作：第一 解锁，先解除之前的pthread_mutex_lock锁定的mutex；第二 挂起，阻塞并在等待对列里休眠，即线程2挂起，直到再次被唤醒，唤醒的条件是由pthread_cond_signal(&cond);发出的cond信号来唤醒。 

call thread1:由于pthread_cond_wait已经对线程2解锁，此时另外的线程只有线程1，那么线程1对mutex上锁，若这时有多个线程，那么线程间上锁的顺序和操作系统有关。 

thread1: 1：线程1上锁后执行临界区的代码，当执行到if(i%3 == 0)此时i=1,不满足条件，则pthread_cond_signal(&cond);不被执行，那么线程2仍处于挂起状态，输出thread1: 1后线程1由pthread_mutex_unlock(&mutex);解锁。 

thread1: 2：这时此进程中只有2个线程，线程2处于挂起状态，那么只有线程1,则线程1又对mutex上锁，此时同样执行临界区的代码，而且i=2,不满足条件，pthread_cond_signal(&cond);不被执行，那么线程2仍处于挂起状态，输出thread1: 1后线程1由pthread_mutex_unlock(&mutex);解锁。 

call thread1：同样由线程1上锁，但此时i=3,满足条件pthread_cond_signal(&cond)被执行，那么pthread_cond_signal(&cond)会发出信号，来唤醒处于挂起的线程2。pthread_cond_signal同样由两个原子操作：1,解锁;2,发送信号;解锁即对线程1解锁，解除对mutex的上锁。发送信号，即给等待signal挂起的线程2发送信号，唤醒挂起的线程2。 

thread2: 3：由于pthread_cond_signal唤醒了线程2,即i=3满足条件，pthread_cond_wait(&cond,&mutex);被执行，那么pthread_cond_wait(&cond,&mutex)此时也有一步操作：上锁;即对线程2上锁，此时的pthread_cond_wait(&cond,&mutex)的操作相当与pthread_mutex_lock(&mutex);那么线程2继续执行上锁后的临界区的代码，并由pthread_mutex_unlock(&mutex);对线程2进行解锁。 

剩下的输出原理和上面解释的一样。 


纵观pthread_cond_wait，它的理解不可之把它看作一个简单的wait函数，它里面应该是一族函数，不同的函数在不同的条件下执行，理解pthread_cond_wait的机制可以很好的学习条件变量。