Linux多线程编程详细解析----条件变量 pthread_cond_t

最新推荐文章于 2023-11-20 15:35:39 发布

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文章标签：操作系统

原文链接：http://www.cnblogs.com/ghjbk/p/7611350.html

本文详细介绍了Linux操作系统下多线程编程中条件变量的使用方法，包括条件变量的初始化、阻塞、释放等核心函数的应用场景及注意事项。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

Linux操作系统下的多线程编程详细解析----条件变量

1.初始化条件变量pthread_cond_init

#include <pthread.h>

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cv,

const pthread_condattr_t *cattr);

返回值：函数成功返回0；任何其他返回值都表示错误

初始化一个条件变量。当参数cattr为空指针时，函数创建的是一个缺省的条件变量。否则条件变量的属性将由cattr中的属性值来决定。调用 pthread_cond_init函数时，参数cattr为空指针等价于cattr中的属性为缺省属性，只是前者不需要cattr所占用的内存开销。这个函数返回时，条件变量被存放在参数cv指向的内存中。

可以用宏PTHREAD_COND_INITIALIZER来初始化静态定义的条件变量，使其具有缺省属性。这和用pthread_cond_init函数动态分配的效果是一样的。初始化时不进行错误检查。如：

pthread_cond_t cv = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

不能由多个线程同时初始化一个条件变量。当需要重新初始化或释放一个条件变量时，应用程序必须保证这个条件变量未被使用。

2.阻塞在条件变量上pthread_cond_wait

#include <pthread.h>

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cv,

pthread_mutex_t *mutex);

返回值：函数成功返回0；任何其他返回值都表示错误

函数将解锁mutex参数指向的互斥锁，并使当前线程阻塞在cv参数指向的条件变量上。

被阻塞的线程可以被pthread_cond_signal函数，pthread_cond_broadcast函数唤醒，也可能在被信号中断后被唤醒。

pthread_cond_wait函数的返回并不意味着条件的值一定发生了变化，必须重新检查条件的值。

pthread_cond_wait函数返回时，相应的互斥锁将被当前线程锁定，即使是函数出错返回。

一般一个条件表达式都是在一个互斥锁的保护下被检查。当条件表达式未被满足时，线程将仍然阻塞在这个条件变量上。当另一个线程改变了条件的值并向条件变量发出信号时，等待在这个条件变量上的一个线程或所有线程被唤醒，接着都试图再次占有相应的互斥锁。

阻塞在条件变量上的线程被唤醒以后，直到pthread_cond_wait()函数返回之前条件的值都有可能发生变化。所以函数返回以后，在锁定相应的互斥锁之前，必须重新测试条件值。最好的测试方法是循环调用pthread_cond_wait函数，并把满足条件的表达式置为循环的终止条件。如：

pthread_mutex_lock();

while (condition_is_false)

pthread_cond_wait();

pthread_mutex_unlock();

阻塞在同一个条件变量上的不同线程被释放的次序是不一定的。

注意：pthread_cond_wait()函数是退出点，如果在调用这个函数时，已有一个挂起的退出请求，且线程允许退出，这个线程将被终止并开始执行善后处理函数，而这时和条件变量相关的互斥锁仍将处在锁定状态。

3.解除在条件变量上的阻塞pthread_cond_signal

#include <pthread.h>

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cv);

返回值：函数成功返回0；任何其他返回值都表示错误

函数被用来释放被阻塞在指定条件变量上的一个线程。

必须在互斥锁的保护下使用相应的条件变量。否则对条件变量的解锁有可能发生在锁定条件变量之前，从而造成死锁。

唤醒阻塞在条件变量上的所有线程的顺序由调度策略决定，如果线程的调度策略是SCHED_OTHER类型的，系统将根据线程的优先级唤醒线程。

如果没有线程被阻塞在条件变量上，那么调用pthread_cond_signal()将没有作用。

4.阻塞直到指定时间pthread_cond_timedwait

#include <pthread.h>

#include <time.h>

int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cv,

pthread_mutex_t *mp, const structtimespec * abstime);

返回值：函数成功返回0；任何其他返回值都表示错误

函数到了一定的时间，即使条件未发生也会解除阻塞。这个时间由参数abstime指定。函数返回时，相应的互斥锁往往是锁定的，即使是函数出错返回。

注意：pthread_cond_timedwait函数也是退出点。

超时时间参数是指一天中的某个时刻。使用举例：

pthread_timestruc_t to;

to.tv_sec = time(NULL) + TIMEOUT;

to.tv_nsec = 0;

超时返回的错误码是ETIMEDOUT。

5.释放阻塞的所有线程pthread_cond_broadcast

#include <pthread.h>

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cv);

返回值：函数成功返回0；任何其他返回值都表示错误

函数唤醒所有被pthread_cond_wait函数阻塞在某个条件变量上的线程，参数cv被用来指定这个条件变量。当没有线程阻塞在这个条件变量上时，pthread_cond_broadcast函数无效。

由于pthread_cond_broadcast函数唤醒所有阻塞在某个条件变量上的线程，这些线程被唤醒后将再次竞争相应的互斥锁，所以必须小心使用pthread_cond_broadcast函数。

6.释放条件变量pthread_cond_destroy

#include <pthread.h>

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cv);

返回值：函数成功返回0；任何其他返回值都表示错误

释放条件变量。

注意：条件变量占用的空间并未被释放。

7.唤醒丢失问题

在线程未获得相应的互斥锁时调用pthread_cond_signal或pthread_cond_broadcast函数可能会引起唤醒丢失问题。

唤醒丢失往往会在下面的情况下发生：

一个线程调用pthread_cond_signal或pthread_cond_broadcast函数；
另一个线程正处在测试条件变量和调用pthread_cond_wait函数之间；
没有线程正在处在阻塞等待的状态下。

转载声明： 本文转自 http://pzs1237.blog.163.com/blog/static/29813006200952335454934/

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条件锁pthread_cond_t

说明，
等待线程
1。使用pthread_cond_wait前要先加锁
2。pthread_cond_wait内部会解锁，然后等待条件变量被其它线程激活
3。pthread_cond_wait被激活后会再自动加锁

激活线程：
1。加锁（和等待线程用同一个锁）
2。pthread_cond_signal发送信号
3。解锁
激活线程的上面三个操作在运行时间上都在等待线程的pthread_cond_wait函数内部。

程序示例：

 1     #include <stdio.h>  
 2     #include <pthread.h>  
 3     #include <unistd.h>  
 4       
 5  pthread_mutex_t count_lock;  6  pthread_cond_t count_nonzero;  7 unsigned count = 0;  8  9 void *decrement_count(void *arg) 10  { 11 pthread_mutex_lock(&count_lock); 12 printf("decrement_count get count_lock/n"); 13 while(count == 0) 14  { 15 printf("decrement_count count == 0 /n"); 16 printf("decrement_count before cond_wait /n"); 17 pthread_cond_wait(&count_nonzero, &count_lock); 18 printf("decrement_count after cond_wait /n"); 19  } 20 21 count = count + 1; 22 pthread_mutex_unlock(&count_lock); 23  } 24 25 void *increment_count(void *arg) 26  { 27 pthread_mutex_lock(&count_lock); 28 printf("increment_count get count_lock /n"); 29 if(count == 0) 30  { 31 printf("increment_count before cond_signal /n"); 32 pthread_cond_signal(&count_nonzero); 33 printf("increment_count after cond_signal /n"); 34  } 35 36 count = count + 1; 37 pthread_mutex_unlock(&count_lock); 38  } 39 40 int main(void) 41  { 42  pthread_t tid1, tid2; 43 44 pthread_mutex_init(&count_lock, NULL); 45 pthread_cond_init(&count_nonzero, NULL); 46 47 pthread_create(&tid1, NULL, decrement_count, NULL); 48 sleep(2); 49 pthread_create(&tid2, NULL, increment_count, NULL); 50 51 sleep(10); 52 pthread_exit(0); 53 54 return 0; 55 }

运行结果：

[work@db-testing-com06-vm3.db01.baidu.com pthread]

./pthread_cond
decrement_count get count_lock
decrement_count count == 0
decrement_count before cond_wait
increment_count get count_lock
increment_count before cond_signal
increment_count after cond_signal
decrement_count after cond_wait

转载声明：本文转自 http://egeho123.blogbus.com/logs/10821816.html

===============================================================================

多线程编程,条件变量pthread_cond_t应用

程序代码：

 1     #include <stdio.h>  
 2     #include <pthread.h>  
 3     #include <unistd.h>  
 4       
 5  pthread_mutex_t counter_lock;  6  pthread_cond_t counter_nonzero;  7 int counter = 0;  8 int estatus = -1;  9 10 void *decrement_counter(void *argv); 11 void *increment_counter(void *argv); 12 13 int main(int argc, char **argv) 14  { 15 printf("counter: %d/n", counter); 16  pthread_t thd1, thd2; 17 int ret; 18 19 ret = pthread_create(&thd1, NULL, decrement_counter, NULL); 20 if(ret){ 21 perror("del:/n"); 22 return 1; 23  } 24 25 ret = pthread_create(&thd2, NULL, increment_counter, NULL); 26 if(ret){ 27 perror("inc: /n"); 28 return 1; 29  } 30 31 int counter = 0; 32 while(counter != 10){ 33 printf("counter: %d/n", counter); 34 sleep(1); 35 counter++; 36  } 37 38 return 0; 39  } 40 41 void *decrement_counter(void *argv) 42  { 43 pthread_mutex_lock(&counter_lock); 44 while(counter == 0) 45 pthread_cond_wait(&counter_nonzero, &counter_lock); 46 47 counter--; 48 pthread_mutex_unlock(&counter_lock); 49 50 return &estatus; 51  } 52 53 void *increment_counter(void *argv) 54  { 55 pthread_mutex_lock(&counter_lock); 56 if(counter == 0) 57 pthread_cond_signal(&counter_nonzero); 58 59 counter++; 60 pthread_mutex_unlock(&counter_lock); 61 62 return &estatus; 63 }

运行结果：
[work@db-testing-com06-vm3.db01.baidu.com pthread]

./pthread_cond2
counter: 0
counter: 0
counter: 1
counter: 2
counter: 3
counter: 4
counter: 5
counter: 6
counter: 7
counter: 8
counter: 9

调试程序的运行过程：

1、开始时 counter 为0 （main）

2、ret = pthread_create(&thrd1, NULL, decrement_counter, NULL)处生成一个thrd1线程运行decrement_counter(),

此线程内函数运行流程为:

先锁定 互斥锁（count_lock）如果 counter为0,此线程被阻塞在条件变量（count_nonzero）上.同时释放互斥锁count_lock（wait内部会先释放锁，等待signal激活后自动再加上锁）.

3、与此同时主程序还在运行,创建另一个线程thrd2运行 increment_counter,

此线程内的函数流程如下:

先锁定 互斥锁（count_lock）【 wait内部释放锁的互斥锁】如果counter为0, 唤醒在条件变量（count_nonzero）上的线程即thrd1.但是由于有互斥锁count_lock【signal激活后，wait内部又自动加上锁了】, thrd1还是在等待. 然后count++,释放互斥锁,.......thrd1由于互斥锁释放,重新判断counter是不是为0,如果为0再把线程阻塞在条件变量count_nonzero上,但这时counter已经为1了.所以线程继续运行.counter--释放互斥锁......（退出后，运行主线程main）

4、与此主程序间隔打印counter运行一段时间退出.

注：更清晰的运行流程请详见如下“改进代码”

后记,在编译的时候加上 -lpthread

改进代码：

 1     #include <stdio.h>  
 2     #include <pthread.h>  
 3     #include <unistd.h>  
 4       
 5  pthread_mutex_t counter_lock;  6  pthread_cond_t counter_nonzero;  7 int counter = 0;  8 int estatus = -1;  9 10 void *decrement_counter(void *argv); 11 void *increment_counter(void *argv); 12 13 int main(int argc, char **argv) 14  { 15 printf("counter: %d/n", counter); 16  pthread_t thd1, thd2; 17 int ret; 18 19 ret = pthread_create(&thd1, NULL, decrement_counter, NULL); 20 if(ret){ 21 perror("del:/n"); 22 return 1; 23  } 24 25 ret = pthread_create(&thd2, NULL, increment_counter, NULL); 26 if(ret){ 27 perror("inc: /n"); 28 return 1; 29  } 30 31 int counter = 0; 32 while(counter != 10){ 33 printf("counter(main): %d/n", counter); 34 sleep(1); 35 counter++; 36  } 37 38 return 0; 39  } 40 41 void *decrement_counter(void *argv) 42  { 43 printf("counter(decrement): %d/n", counter); 44 pthread_mutex_lock(&counter_lock); 45 while(counter == 0) 46 pthread_cond_wait(&counter_nonzero, &counter_lock); //进入阻塞(wait)，等待激活(signal) 47 48 printf("counter--(before): %d/n", counter); 49 counter--; //等待signal激活后再执行 50 printf("counter--(after): %d/n", counter); 51 pthread_mutex_unlock(&counter_lock); 52 53 return &estatus; 54  } 55 56 void *increment_counter(void *argv) 57  { 58 printf("counter(increment): %d/n", counter); 59 pthread_mutex_lock(&counter_lock); 60 if(counter == 0) 61 pthread_cond_signal(&counter_nonzero); //激活(signal)阻塞(wait)的线程(先执行完signal线程，然后再执行wait线程) 62 63 printf("counter++(before): %d/n", counter); 64 counter++; 65 printf("counter++(after): %d/n", counter); 66 pthread_mutex_unlock(&counter_lock); 67 68 return &estatus; 69 }

运行结果：

[work@db-testing-com06-vm3.db01.baidu.com pthread]

./pthread_cond2
counter: 0
counter(main): 0
counter(decrement): 0
counter(increment): 0
counter++(before): 0
counter++(after): 1
counter--(before): 1
counter--(after): 0
counter(main): 1
counter(main): 2
counter(main): 3
counter(main): 4
counter(main): 5
counter(main): 6
counter(main): 7
counter(main): 8
counter(main): 9

转载声明： 本文转自 http://blog.youkuaiyun.com/qiuzhuoxian/archive/2010/03/22/5404617.aspx

转载于:https://www.cnblogs.com/ghjbk/p/7611350.html