Linux如何實現(xiàn)條件變量

這篇文章給大家分享的是有關(guān)Linux如何實現(xiàn)條件變量的內(nèi)容。小編覺得挺實用的，因此分享給大家做個參考，一起跟隨小編過來看看吧。

條件變量是用來等待線程而不是上鎖的，條件變量通常和互斥鎖一起使用。條件變量之所以要和互斥鎖一起使用，主要是因為互斥鎖的一個明顯的特點就是它只有兩種狀態(tài)：鎖定和非鎖定，而條件變量可以通過允許線程阻塞和等待另一個線程發(fā)送信號來彌補互斥鎖的不足，所以互斥鎖和條件變量通常一起使用。

當(dāng)條件滿足的時候，線程通常解鎖并等待該條件發(fā)生變化，一旦另一個線程修改了環(huán)境變量，就會通知相應(yīng)的環(huán)境變量喚醒一個或者多個被這個條件變量阻塞的線程。這些被喚醒的線程將重新上鎖，并測試條件是否滿足。一般來說條件變量被用于線程間的同步;當(dāng)條件不滿足的時候，允許其中的一個執(zhí)行流掛起和等待。

簡而言之，條件變量本身不是鎖，但它也可以造成線程阻塞，通常與互斥鎖配合使用，給多線程提供一個會合的場所。

條件變量的優(yōu)點：

• 相較于mutex而言，條件變量可以減少競爭。如果僅僅是mutex，那么，不管共享資源里有沒數(shù)據(jù)，生產(chǎn)者及所有消費都全一窩蜂的去搶鎖，會造成資源的浪費。

• 如直接使用mutex，除了生產(chǎn)者、消費者之間要競爭互斥量以外，消費者之間也需要競爭互斥量，但如果匯聚(鏈表)中沒有數(shù)據(jù)，消費者之間競爭互斥鎖是無意義的。有了條件變量機制以后，只有生產(chǎn)者完成生產(chǎn)，才會引起消費者之間的競爭。提高了程序效率。

主要應(yīng)用函數(shù)：

• pthread_cond_init函數(shù)

• pthread_cond_destroy函數(shù)

• pthread_cond_wait函數(shù)

• pthread_cond_timedwait函數(shù)

• pthread_cond_signal函數(shù)

• pthread_cond_broadcast函數(shù)

以上6 個函數(shù)的返回值都是：成功返回0， 失敗直接返回錯誤號。

pthread_cond_t類型：用于定義條件變量，比如：pthread_cond_t cond;

##pthread_cond_init函數(shù)

函數(shù)原型：

int pthread_cond_init(pthread_cond_t restrict cond, const pthread_condattr_t restrict attr);

函數(shù)作用：初始化一個條件變量

參數(shù)說明：

• cond：條件變量，調(diào)用時應(yīng)傳&cond給該函數(shù)

• attr：條件變量屬性，通常傳NULL，表示使用默認屬性

也可以使用靜態(tài)初始化的方法，初始化條件變量：

pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

##pthread_cond_destroy函數(shù)

函數(shù)原型：

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

函數(shù)作用：銷毀一個條件變量

##pthread_cond_wait函數(shù)

函數(shù)原型：

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

函數(shù)作用：

阻塞等待一個條件變量。具體而言有以下三個作用：

• 阻塞等待條件變量cond(參1)滿足;

• 釋放已掌握的互斥鎖mutex(解鎖互斥量)相當(dāng)于pthread_mutex_unlock(&mutex);

• 當(dāng)被喚醒，pthread_cond_wait函數(shù)返回時，解除阻塞并重新申請獲取互斥鎖

其中1、2.兩步為一個原子操作。

##pthread_cond_timedwait函數(shù)

函數(shù)原型：

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

函數(shù)作用：限時等待一個條件變量

參數(shù)說明：

前兩個比較好理解，重點說明第三個參數(shù)。

這里有個struct timespec結(jié)構(gòu)體，可以在man sem_timedwait中查看。結(jié)構(gòu)體原型如下：

struct timespec {  time_t tv_sec; / seconds / 秒   long tv_nsec; / nanosecondes/ 納秒  }

struct  timespec定義的形參abstime是個絕對時間。注意，是絕對時間，不是相對時間。什么是絕對時間?2018年10月1日10:10:00，這就是一個絕對時間。什么是相對時間?給洗衣機定時30分鐘洗衣服，就是一個相對時間，也就是說從當(dāng)時時間開始計算30分鐘，諸如此類。

如：time(NULL)返回的就是絕對時間。而alarm(1)是相對時間，相對當(dāng)前時間定時1秒鐘。

adstime所相對的時間是相對于1970年1月1日00:00:00，也就是UNIX計時元年。

下面給出一個錯誤用法： struct timespec t = {1, 0}; pthread_cond_timedwait (&cond,  &mutex, &t); 這種用法只能定時到 1970年1月1日 00:00:01秒，想必這個時間大家都還沒出生。

正確用法： time_t cur = time(NULL); 獲取當(dāng)前時間。 struct timespec t; 定義timespec 結(jié)構(gòu)體變量t  t.tv_sec = cur+1; 定時1秒 pthread_cond_timedwait (&cond, &mutex, &t);  傳參

##pthread_cond_signal函數(shù)

函數(shù)原型：

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);

函數(shù)作用： 喚醒至少一個阻塞在條件變量上的線程

##pthread_cond_broadcast函數(shù)

函數(shù)原型：

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);

函數(shù)作用： 喚醒全部阻塞在條件變量上的線程

##生產(chǎn)者消費者條件變量模型

不管是什么語言，只要提到線程同步，一個典型的案例就是生產(chǎn)者消費者模型。在Linux環(huán)境下，借助條件變量來實現(xiàn)這一模型，是比較常見的一種方法。

假定有兩個線程，一個模擬生產(chǎn)者行為，一個模擬消費者行為。兩個線程同時操作一個共享資源(一般稱之為匯聚)，生產(chǎn)向其中添加產(chǎn)品，消費者從中消費掉產(chǎn)品。

看如下示例，使用條件變量模擬生產(chǎn)者、消費者問題：

#include <stdio.h> #include <stdlib.h>#include <unistd.h>#include <pthread.h>typedef struct msg {    struct msg *next;     int num;}msg_t;msg_t *head = NULL;msg_t *mp = NULL;/* 靜態(tài)初始化 一個條件變量 和 一個互斥量*/pthread_cond_t has_product = PTHREAD_COND_INITIALIZER;pthread_mutex_t mutex =PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;void *th_producer(void *arg) {    while (1) {         mp = malloc(sizeof(msg_t));        mp->num = rand() % 1000;        //模擬生產(chǎn)一個產(chǎn)品         printf("--- produce: %d --------\n", mp->num);         pthread_mutex_lock(&mutex);        mp->next = head;         head = mp;        pthread_mutex_unlock(&mutex);        pthread_cond_signal(&has_product);      //喚醒線程去消費產(chǎn)品        sleep(rand() % 5);     }    return NULL; }void *th_consumer(void *arg) {    while (1) {         pthread_mutex_lock(&mutex);        while (head == NULL) {      //如果鏈表里沒有產(chǎn)品，就沒有搶鎖的必要，一直阻塞等待             pthread_cond_wait(&has_product, &mutex);        }        mp = head;        head = mp->next;        //模擬消費掉一個產(chǎn)品         pthread_mutex_unlock(&mutex);        printf("========= consume: %d ======\n", mp->num);         free(mp);        mp = NULL;        sleep(rand() % 5);     }    return NULL; }int main(){    pthread_t pid, cid;    srand(time(NULL));     pthread_create(&pid, NULL, th_producer, NULL);    pthread_create(&cid, NULL, th_consumer, NULL);    pthread_join(pid, NULL);    pthread_join(cid, NULL);    return 0; }

運行結(jié)果：

感謝各位的閱讀！關(guān)于“Linux如何實現(xiàn)條件變量”這篇文章就分享到這里了，希望以上內(nèi)容可以對大家有一定的幫助，讓大家可以學(xué)到更多知識，如果覺得文章不錯，可以把它分享出去讓更多的人看到吧！