多线程的pthread_cond_wait后,记住再次检测条件

本文探讨了在多线程环境下如何正确使用条件变量(pthread_cond_wait)以确保资源的有效分配。通过分析pthread_cond_wait的工作原理,指出在特定场景下资源可能已被其他线程占用,因此建议采用while循环而非if语句来检查资源状态。
一般来说,在多线程竞争一个资源的时候,会用到pthread_cond_wait,pthread_cond_signal机制,典型的做法就是在一个使用这个资源的线程(消费者)里面,判断资源如果不可用的话,则pthread_cond_wait,在另外一个线程(生产者)中判断如果资源可用的话,则发一个pthread_cond_signal或者pthread_cond_broadcast通知wait的线程。 但是有一个问题,就是在wait成功后,实际上此时的资源是否就一定可用呢?答案是否定的,如果存在两个线程同时使用这个资源的话,wait返回后,有可能资源已经被使用了。所以在这种情况下,判断资源是否可用,应该用如下模型: while (resource==TRUE)        {                pthread_cond_wait( &COND, &MUTEX);           } 这里用了while,而不是用if,原因就是上面提到的。当然,如果在应用中,只有一个消费者,就可以直接用if了。 要搞清楚这个问题背后的问题,就需要知道pthread_cond_wait的实际过程。 当发起一个pthread_cond_wait之后,分解后,实际上是两个动作:     1、解锁     2、等待 当收到一个解除等待的信号(pthread_cond_signal或者pthread_cond_broad_cast)之后,pthread_cond_wait马上需要做的动作是:     3、上锁 了解这个原理后,假设出现如下场景:如果消费者A的wait在收到解除信号后,去上锁,但是这个时候,被消费者B先上锁,把资源使用掉了,然后解锁,然后消费者A上锁成功,wait返回,而此时资源已经不可用了,所以消费者A必须在判断一下资源的可用性。
### 关于 `pthread_cond_signal` 和 `pthread_cond_timedwait` #### 定义与功能 `pthread_cond_signal` 是一种条件变量信号机制,用于唤醒正在等待该条件变量的一个线程。当某个特定条件满足时,调用此函数可以通知一个阻塞在条件上的线程继续执行其逻辑[^1]。 相比之下,`pthread_cond_timedwait` 则是一种带超时特性的条件变量等待操作。它允许线程在一个指定的时间范围内等待条件的变化。如果在此时间范围结束前未收到信号,则会返回一个超时错误码,从而让程序有机会处理其他逻辑或者重新尝试等待[^2]。 #### 参数说明 对于 `pthread_cond_signal` 来说,它的参数非常简单,只需要传入目标条件变量即可完成信号发送的任务: ```c int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond); ``` 而 `pthread_cond_timedwait` 需要更多的参数来定义具体的等待行为,包括条件变量、互斥锁以及绝对超时时刻(由结构体 `timespec` 表达)。这使得它可以精确控制等待过程中的时限管理: ```c int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct timespec *restrict abstime); ``` #### 使用场景对比 - **`pthread_cond_signal`**: 主要用作即时的通知工具,在生产者消费者模型里经常被用来告知消费者有新的数据可供消费[^3]。 - **`pthread_cond_timedwait`**: 更适合那些可能长时间无响应但又希望避免无限期挂起的应用场合。比如在网络通信中接收消息时设置合理的重试间隔而不是永久阻塞在那里[^4]。 #### 错误处理 两者都可能会因为各种原因失败并返回相应的错误代码给调用方以便进一步分析和解决潜在问题。例如,传递非法指针可能导致 EINVAL (Invalid argument),而在某些实现下如果试图对尚未初始化的对象发出 signalwait 动作也可能引发类似的异常情况[^5]。 ```c #include <stdio.h> #include <pthread.h> #include <time.h> void* worker(void* arg){ printf("Worker waiting...\n"); struct timespec ts; clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &ts); // 获取当前时间戳 ts.tv_sec += 5; // 设置未来五秒作为超时期限 int ret = pthread_cond_timedwait((pthread_cond_t*)arg, NULL, &ts); if(ret == ETIMEDOUT){ printf("Timed out!\n"); }else{ printf("Signaled!\n"); } } int main(){ pthread_t thread; pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER; pthread_create(&thread, NULL, worker, &cond); sleep(3); // 让工作者先运行一段时间再发signal pthread_cond_signal(&cond); // 发送信号提前终止worker的等待状态 pthread_join(thread, NULL); } ``` 上面的例子展示了如何利用这两个API构建基本的同步流程,并通过实际编码验证它们的行为差异。
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