条件变量与互斥锁

一.互斥锁

每个对象都对应于一个可称为“互斥锁”的标记，这个标记用来保证在任一时刻，只能有一个线程访问该对象。

二.条件变量

与互斥锁不同，条件变量是用来等待而不是用来上锁的，条件变量用来自动阻塞一个线程，直到某特殊情况发生为止。

条件变量是利用线程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“条件变量的成立”而挂起；另一个线程使“条件成立”（给出条件成立信号）（注意：此处的条件可以是我们取定的标志量，也可以是指针为空等等）。

条件的检测是在互斥锁的保护下进行的。如果一个条件为假，一个线程自动阻塞，并释放等待状态改变的互斥锁。如果另一个线程改变的条件，它发信号给关联的条件变量，唤醒一个或多个等待它的线程，重新评价条件。如果两进程共享可读写的内存，条件变量可以被用来实现这两进程间的线程同步。

条件变量与互斥量一起使用时，允许线程以无竞争的方式等待特定的条件发生。

避免竞争：一个线程预备等待一个条件变量，当他在真正进入等待之前，另一个线程恰好触发了该条件。

三.初始化

条件变量和互斥锁，都有静态和动态两种创建方式：

1.静态

pthread_cond_t cond=PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_mutex_t mutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

2.动态

pthread_cond_t cond;
pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutex_init(&mutex,NULL);    //互斥量初始化，默认属性                                                                                         
pthread_cond_init(&cond,NULL);

两者的区别是，如果以动态方式创建，在释放内存前要调用pthread_mutex_destroy。

pthread_mutex_destroy(&mutex);
pthread_cond_destroy(&cond);

四.等待和激发（重点理解）

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)

等待的方式有两种：条件等待pthread_cond_wait()和计时等待pthread_cond_timewait()，其中计时等待方式如果在给定时刻前条件没有满足，则返回ETIMEOUT，结束等待。

无论哪种等待方式，都必须和一个互斥锁配合，以防止多个线程同时请求pthread_cond_wait()的竞争条件。mutex互斥锁必须是普通锁（PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP）或者适应锁（PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP），且在调用pthread_cond_wait()前必须由本线程加锁（pthread_mutex_lock()），而在更新条件等待队列以前，mutex保持锁定状态，并在线程挂起进入等待前解锁。在条件满足从而离开pthread_cond_wait()之前，mutex将被重新加锁，以与进入pthread_cond_wait()前的加锁动作对应。

激发条件有两种形式，pthread_cond_signal()激活一个等待该条件的线程，存在多个等待线程时按入队顺序激活其中一个；而pthread_cond_broadcast()则激活所有等待线程。所谓激发就是通知等待线程条件已经满足。

#include<pthread.h>
#include<unistd.h>
#include<stdio.h>
#include<string.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]*/
 
/*释放节点内存*/
static void cleanup_handler(void*arg) {
    printf("Clean up 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);
        //这个mutex_lock主要是用来保护wait等待临界时期的情况，
        //当在wait为放入队列时，这时，已经存在Head条件等待激活
        //的条件，此时可能会漏掉这种处理
        //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
 
        while(1) {
            while(head==NULL) {
                pthread_cond_wait(&cond,&mtx);
            }
            //pthread_cond_wait会先解除之前的pthread_mutex_lock锁定的mtx，
            //然后阻塞在等待队列里休眠，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*/
 
            p=head;
            head=head->n_next;
            printf("Got%dfromfrontofqueue\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;
    pthread_create(&tid,NULL,thread_func,NULL);
    //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
    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("thread1wannaendthecancelthread2.\n");
    pthread_cancel(tid);
    //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_join(tid,NULL);
    printf("Alldone--exiting\n");
    return 0;
}

上面这段代码，主线程分配资源，子线程则来释放资源。

其中

while(head==NULL)
{
...
}

是防止链表为空时，仍进行释放资源操作，从而出错。