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pthread_cond_wait() 用法深入分析

 更新時(shí)間:2013年07月26日 08:42:46   作者:  
以下是對(duì)pthread_cond_wait的用法進(jìn)行了詳細(xì)的分析介紹,需要的朋友可以過(guò)來(lái)參考下
很久沒(méi)看APUE,今天一位朋友問(wèn)道關(guān)于一個(gè)mutex的問(wèn)題,又翻到了以前討論過(guò)的東西,為了不讓自己忘記,把曾經(jīng)的東西總結(jié)一下。
先大體看下網(wǎng)上很多地方都有的關(guān)于pthread_cond_wait()的說(shuō)明:

條件變量   
條件變量是利用線程間共享的全局變量進(jìn)行同步的一種機(jī)制,主要包括兩個(gè)動(dòng)作:一個(gè)線程等待"條件變量的條件成立"而掛起;另一個(gè)線程使"條件成立"(給出條件成立信號(hào))。為了防止競(jìng)爭(zhēng),條件變量的使用總是和一個(gè)互斥鎖結(jié)合在一起。 

1.創(chuàng)建和注銷  
條件變量和互斥鎖一樣,都有靜態(tài)動(dòng)態(tài)兩種創(chuàng)建方式,靜態(tài)方式使用PTHREAD_COND_INITIALIZER常量,如下:    
復(fù)制代碼 代碼如下:

pthread_cond_t   cond=PTHREAD_COND_INITIALIZER    
   
動(dòng)態(tài)方式調(diào)用pthread_cond_init()函數(shù),API定義如下:    
復(fù)制代碼 代碼如下:

int   pthread_cond_init(pthread_cond_t   *cond,   pthread_condattr_t   *cond_attr)   
   
盡管POSIX標(biāo)準(zhǔn)中為條件變量定義了屬性,但在LinuxThreads中沒(méi)有實(shí)現(xiàn),因此cond_attr值通常為NULL,且被忽略。  

注銷一個(gè)條件變量需要調(diào)用pthread_cond_destroy(),只有在沒(méi)有線程在該條件變量上等待的時(shí)候才能注銷這個(gè)條件變量,否則返回EBUSY。因?yàn)長(zhǎng)inux實(shí)現(xiàn)的條件變量沒(méi)有分配什么資源,所以注銷動(dòng)作只包括檢查是否有等待線程。API定義如下:   
復(fù)制代碼 代碼如下:

int   pthread_cond_destroy(pthread_cond_t   *cond)    
   
2.等待和激發(fā)  
復(fù)制代碼 代碼如下:
   
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)   

等待條件有兩種方式:無(wú)條件等待pthread_cond_wait()和計(jì)時(shí)等待pthread_cond_timedwait(),其中計(jì)時(shí)等待方式如果在給定時(shí)刻前條件沒(méi)有滿足,則返回ETIMEOUT,結(jié)束等待,其中abstime以與time()系統(tǒng)調(diào)用相同意義的絕對(duì)時(shí)間形式出現(xiàn),0表示格林尼治時(shí)間1970年1月1日0時(shí)0分0秒。 

無(wú)論哪種等待方式,都必須和一個(gè)互斥鎖配合,以防止多個(gè)線程同時(shí)請(qǐng)求pthread_cond_wait()(或pthread_cond_timedwait(),下同)的競(jìng)爭(zhēng)條件(Race   Condition)。mutex互斥鎖必須是普通鎖(PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP)或者適應(yīng)鎖(PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP),且在調(diào)用pthread_cond_wait()前必須由本線程加鎖(pthread_mutex_lock()),而在更新條件等待隊(duì)列以前,mutex保持鎖定狀態(tài),并在線程掛起進(jìn)入等待前解鎖。在條件滿足從而離開(kāi)pthread_cond_wait()之前,mutex將被重新加鎖,以與進(jìn)入pthread_cond_wait()前的加鎖動(dòng)作對(duì)應(yīng)。  

激發(fā)條件有兩種形式,pthread_cond_signal()激活一個(gè)等待該條件的線程,存在多個(gè)等待線程時(shí)按入隊(duì)順序激活其中一個(gè);而pthread_cond_broadcast()則激活所有等待線程。 

現(xiàn)在來(lái)看一段典型的應(yīng)用:看注釋即可。
復(fù)制代碼 代碼如下:

#include <pthread.h>
#include <unistd.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) {
    pthread_mutex_lock(&mtx);           //這個(gè)mutex主要是用來(lái)保證pthread_cond_wait的并發(fā)性
    while (head == NULL)   {               //這個(gè)while要特別說(shuō)明一下,單個(gè)pthread_cond_wait功能很完善,為何這里要有一個(gè)while (head == NULL)呢?因?yàn)閜thread_cond_wait里的線程可能會(huì)被意外喚醒,如果這個(gè)時(shí)候head != NULL,則不是我們想要的情況。這個(gè)時(shí)候,應(yīng)該讓線程繼續(xù)進(jìn)入pthread_cond_wait
        pthread_cond_wait(&cond, &mtx);         // pthread_cond_wait會(huì)先解除之前的pthread_mutex_lock鎖定的mtx,然后阻塞在等待對(duì)列里休眠,直到再次被喚醒(大多數(shù)情況下是等待的條件成立而被喚醒,喚醒后,該進(jìn)程會(huì)先鎖定先pthread_mutex_lock(&mtx);,再讀取資源
                                                //用這個(gè)流程是比較清楚的/*block-->unlock-->wait() return-->lock*/
    }
        p = head;
        head = head->n_next;
        printf("Got %d from front of queue/n", p->n_number);
        free(p);
        pthread_mutex_unlock(&mtx);             //臨界區(qū)數(shù)據(jù)操作完畢,釋放互斥鎖
    }
    pthread_cleanup_pop(0);
    return 0;
}
int main(void)
{
    pthread_t tid;
    int i;
    struct node *p;
    pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);   //子線程會(huì)一直等待資源,類似生產(chǎn)者和消費(fèi)者,但是這里的消費(fèi)者可以是多個(gè)消費(fèi)者,而不僅僅支持普通的單個(gè)消費(fèi)者,這個(gè)模型雖然簡(jiǎn)單,但是很強(qiáng)大
    /*[tx6-main]*/
    for (i = 0; i < 10; i++) {
        p = malloc(sizeof(struct node));
        p->n_number = i;
        pthread_mutex_lock(&mtx);             //需要操作head這個(gè)臨界資源,先加鎖,
        p->n_next = head;
        head = p;
        pthread_cond_signal(&cond);
        pthread_mutex_unlock(&mtx);           //解鎖
        sleep(1);
    }
    printf("thread 1 wanna end the line.So cancel thread 2./n");
    pthread_cancel(tid);             //關(guān)于pthread_cancel,有一點(diǎn)額外的說(shuō)明,它是從外部終止子線程,子線程會(huì)在最近的取消點(diǎn),退出線程,而在我們的代碼里,最近的取消點(diǎn)肯定就是pthread_cond_wait()了。關(guān)于取消點(diǎn)的信息,有興趣可以google,這里不多說(shuō)了
    pthread_join(tid, NULL);
    printf("All done -- exiting/n");
    return 0;
}

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