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1.原理
假设有两个线程同时访问一个全局变量 n，这个全局变量的初始值等于0。
Int n = 0 ;
消费者线程 A 进入临界区，访问 n，A 必须等到 n 大于 0 才能接着往下执行，如果 n== 0，那么 A 将一直等待。
还有一个生产者线程 B，B 进入临界区，修改 n 的值，使得 n >0，当 n > 0 时，B 通知等待 n > 0 的消费者线程A。A 被 B 通知之后就可以接着往下执行了。
以上情况造成死锁：
当 A 进入临界区时，其他线程不能进入临界区，意味着 B 没有机会去修改 n， n 的值一直为 0，不满足A 继续执行的条件（n > 0），A 只能一直等待。
消费者进程拿到互斥锁 --> 进入临界区 --> 发现共享资源 n 不满足继续执行的条件（n> 0） --> 等待 n > 0
消费者进程占有互斥锁 --> 生产者进程无法进入临界区 --> 无法修改 n 的值 --> 生产者等待消费者释放互斥锁
解决死锁的方案就是采用条件变量。
通常情况下，对共享资源（比如 n）保护要用到锁操作，当一个进程进入临界区时会拿到互斥锁（lock 操作），然后其他进程拿不到互斥锁，也就无法进入临界区，因此当进程进入临界区，发现共享资源不满足继续向下执行的条件（n > 0）时，就应该释放锁，让其他进程修改共享资源，以满足自己所需的执行条件。
消费者进入临界区 --> 共享变量不满足继续向下执行的条件 --> 消费者等待在条件变量 --> 释放互斥锁 --> 生产者进入临界区 --> 修改条件变量 --> 生产者通知消费者：现在有多的资源了，快来使用 --> 消费者再次拿互斥锁 --> 消费资源 --> 释放互斥锁。如果有多个消费者进程等待在条件变量上，就可以形成等待队列。
生产者和消费者模型中互斥锁和条件变量的使用流程图如下，其中蓝色代表消费者的执行流，红色是生产者的执行流。
2.使用方法
条件变量的使用主要有以下五个函数：
-
/* 初始化一个条件变量 */
-
int pthread_cond_init (pthread_cond_t* cond, pthread_condattr_t *cond_attr);
-
-
/* 销毁一个条件变量 */
-
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t* cond);
-
-
/* 令一个消费者等待在条件变量上 */
-
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t* cond);
-
-
/* 生产者通知等待在条件变量上的消费者 */
-
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t* cond);
-
-
/* 生产者向消费者广播消息 */
-
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t* cond);
消费者等待条件的伪代码：
-
pthread_mutex_lock(&mutex);
// 拿到互斥锁，进入临界区
-
while( 条件为假)
-
pthread_cond_wait(cond, mutex);
// 令进程等待在条件变量上
-
修改条件
-
pthread_mutex_unlock(&mutex);
// 释放互斥锁
生产者通知消费者的伪代码：
-
pthread_mutex_lock(&mutex);
// 拿到互斥锁，进入临界区
-
设置条件为真
-
pthread_cond_signal(cond);
// 通知等待在条件变量上的消费者
-
pthread_mutex_unlock(&mutex);
// 释放互斥锁
以下是示例程序，演示了互斥锁和条件变量配合使用方法，由于是在Linux下写的程序，所以注释全是英文的。
condition_test.c：
-
/***************************************************************
-
* Copyright (C) 2016 chengonghao
-
* All rights reserved.
-
*
-
* chengonghao@yeah.net
-
***************************************************************/
-
#include <unistd.h>
-
#include <pthread.h>
-
-
#define CONSUMERS_COUNT 2
-
#define PRODUCERS_COUNT 1
-
-
pthread_mutex_t g_mutex ;
-
pthread_cond_t g_cond ;
-
-
pthread_t g_thread[CONSUMERS_COUNT + PRODUCERS_COUNT] ;
-
int share_variable =
0 ;
// this is the share variable, shared by consumer and producer
-
-
void* consumer( void* arg )
-
{
-
int num = (
int)arg ;
-
while (
1 )
-
{
-
/******* critical section begin *******/
-
pthread_mutex_lock( &g_mutex ) ;
-
-
// if share_variable == 0, means consumer shell stop here
-
while ( share_variable ==
0 )
-
{
-
printf(
"consumer %d begin wait a condition...\n", num ) ;
-
// put a thread blocked ont a condition variable( here is g_cond),
-
// and unlock the mutex( here is g_mutex )
-
pthread_cond_wait( &g_cond, &g_mutex ) ;
-
}
-
// here means n != 0 and consumer can goes on
-
// consumer consumed shared variable, so the number of shared variable shell minus
-
printf(
"consumer %d end wait a condition...\n", num ) ;
-
printf(
"consumer %d begin consume product\n", num ) ;
-
-- share_variable ;
-
-
pthread_mutex_unlock( &g_mutex ) ;
-
/******** critial section end *********/
-
sleep(
1 ) ;
-
}
-
-
return
NULL ;
-
}
-
-
void* producer( void* arg )
-
{
-
int num = (
int)arg ;
-
while (
1 )
-
{
-
/******* critical section begin *******/
-
pthread_mutex_lock( &g_mutex ) ;
-
-
// produce a shared variable
-
printf(
"producer %d begin produce product...\n", num ) ;
-
++ share_variable ;
-
printf(
"producer %d end produce product...\n", num ) ;
-
// unblock threads blocked on a condition variable( here is g_cond )
-
pthread_cond_signal( &g_cond ) ;
-
printf(
"producer %d notified consumer by condition variable...\n", num ) ;
-
pthread_mutex_unlock( &g_mutex ) ;
-
-
/******** critial section end *********/
-
sleep(
5 ) ;
-
}
-
-
return
1 ;
-
}
-
-
-
int main( void )
-
{
-
// initiate mutex
-
pthread_mutex_init( &g_mutex,
NULL ) ;
-
// initiate condition
-
pthread_cond_init( &g_cond,
NULL ) ;
-
-
// initiate consumer threads
-
for (
int i =
0; i < CONSUMERS_COUNT; ++ i )
-
{
-
pthread_create( &g_thread[i],
NULL, consumer, (
void*)i ) ;
-
}
-
sleep(
1 ) ;
-
// initiate producer threads
-
for (
int i =
0; i < PRODUCERS_COUNT; ++ i )
-
{
-
pthread_create( &g_thread[i],
NULL, producer, (
void*)i ) ;
-
}
-
for (
int i =
0; i < CONSUMERS_COUNT + PRODUCERS_COUNT; ++ i )
-
{
-
pthread_join( g_thread[i],
NULL ) ;
-
}
-
-
pthread_mutex_destroy( &g_mutex ) ;
-
pthread_cond_destroy( &g_cond ) ;
-
}
编译程序：
cgh@ubuntu:~/condition_test$ gcc condition_test.c -o test –lpthread
运行程序：
1. 第一个框，消费者 1 和0 发现share_variable == 0，于是先后等待在条件变量上；
2. 第二个框，生产者 0 开始生产共享变量，即 ++ share_variable，然后通知等待在条件变量上的消费者；
3. 第三个框，消费者 1 被生产者唤醒，开始消费共享变量，即– share_variable；
4. 第四个框，生产者 0 继续生产共享变量，++ share_variable，然后通知等待在条件变量上的消费者；
5. 第五个框，消费者 0 被唤醒，开始消费共享变量，即– share_variable；
以此类推，以上描述简化了拿锁和释放锁的过程，可以结合上面的流程图来理解代码。
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