线程同步 | 条件变量

1.提出问题

在纯互斥环境下，线程会产生饥饿问题；每个线程如果申请不到锁，就会进入阻塞，当特定情况下被唤醒（全部唤醒），线程之间是没有一定的顺序的。

**如果在保证数据安全的前提下，让线程能够按照某种特定的顺序访问临界资源，这就是同步！**它能解决线程饥饿问题，能按照一定的顺序让线程完成工作。

2.条件变量

同步是在保证数据安全的前提下，让线程能够按照某种特定的顺序访问临界资源；条件变量是实现同步的一种机制，既然要保证数据安全那么就要有互斥锁，当线程首先访问到对应的锁资源，如果申请不到，再去对应的条件变量的队列中排队，所以条件变量必须依赖锁的使用！

当一个线程退出临界区，对应的条件条件变量就通知队列中的线程，唤醒一个或者一批！

张三（线程）进入自习室（临界区）自习，并反锁门，其他人（其他线程）也去自习先自习室门口找钥匙（先申请锁），发现有人，就去排队。当张三离开自习室，将钥匙放在门口（释放锁），并敲一下铃铛让其他的人自习。

所以至少看了来条件变量有两个东西，1.按照一定顺序排队的数据结构，2.有对用的通信机制，唤醒队列等待的线程。

条件变量是一个概念（任何计算机中的概念），落实到对应的代码实现上先描述再组织。

3.条件变量接口与使用

初始化条件变量

• 方法一：静态分配

pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

• 方法二：动态分配

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,
                      const pthread_condattr_t *restrictattr);
参数：
	cond：要初始化的条件变量
	attr：NULL

销毁

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond)

注意：静态分配的条件变量不用自己手动销毁

等待条件满足

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond,
					  pthread_mutex_t *restrict mutex);
参数：
	cond：要在这个条件变量上等待
	mutex：互斥量

唤醒等待

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond)

快速实现

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

using namespace std;
int g_val = 0;

pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

void* count1(void * args)
{
    pthread_detach(pthread_self());

    uint64_t num = *(uint64_t*)args;

    while(true)
    {
        // 这个地方不对临界资源加锁保护是不行的!
        cout << "pthread num is :  " << num << " : the add of g_val number is : " << g_val++ << endl;
        // 休眠一下，不然会有饥饿问题
        sleep(1); 
    }
}

void test1()
{
    // 1.多线程对一个全局的变量修改（这是有问题的例子）
    // 这里是64位系统，避免(void*)i警告用uint64_t
    for(uint64_t i = 0;i < 5; i++)
    {
        pthread_t pid;
        // 这里i传入地址，是由问题的，如果不是堆上的空间不要传地址，i传地址改变也是共享资源会有并发问题
        pthread_create(&pid,nullptr,count1,(void*)&i);   
    }
    while(true){}

}

void* count2(void* args)
{
    uint64_t num = (uint64_t)args;

    while(true)
    {
        pthread_mutex_lock(&lock);
        /*
            这个地方：满足条件就去条件变量下等待！所以说让一个线程去休眠，是临界资源（临界资源也是有状态的）不就绪。
            怎么知道临界资源是就绪还是不就绪的？判断出来的！判断是访问临界资源吗？必须是的，也就是判断必须在加锁之后！！！
            pthread_cond_wait让线程等待的时候，会自动释放锁！
            其他线程来的时候再去竞争锁，pthread_mutex_lock(&lock);锁竞争完之后pthread_cond_wait(&cond,&lock);这里添加变量的条件总是满足的
            一上来就去条件变量下排队，等待唤醒(pthread_cond_signal(默认唤醒第一个)或pthread_cond_broadcast(唤醒一批))
        */
        pthread_cond_wait(&cond,&lock);
        cout << "pthread num is :  " << num << " : the add of g_val number is : " << g_val++ << endl;
        pthread_mutex_unlock(&lock);
    }
}

void test2()
{
    for(uint64_t i = 0;i < 5;i++)
    {
        pthread_t pid;
        pthread_create(&pid,nullptr,count2,(void*)i);
    }


    cout << "create thread success !" << endl;
    sleep(3);

    while(true)
    {
        sleep(1);
        // 唤醒：pthread_cond_signal(默认唤醒第一个)或pthread_cond_broadcast(唤醒一批)
        // pthread_cond_signal(&cond);
        pthread_cond_broadcast(&cond);
        cout << "signal thread~" << endl;
    }
}

int main()
{
    test2();

    return 0;
}