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pthread_cond_wait() 用法深入分析

更新時間：2013年07月26日 08:42:46 作者：

以下是對pthread_cond_wait的用法進(jìn)行了詳細(xì)的分析介紹，需要的朋友可以過來參考下

很久沒看APUE，今天一位朋友問道關(guān)于一個mutex的問題，又翻到了以前討論過的東西，為了不讓自己忘記，把曾經(jīng)的東西總結(jié)一下。
先大體看下網(wǎng)上很多地方都有的關(guān)于pthread_cond_wait()的說明：

條件變量
條件變量是利用線程間共享的全局變量進(jìn)行同步的一種機(jī)制，主要包括兩個動作：一個線程等待"條件變量的條件成立"而掛起；另一個線程使"條件成立"（給出條件成立信號）。為了防止競爭，條件變量的使用總是和一個互斥鎖結(jié)合在一起。

1．創(chuàng)建和注銷
條件變量和互斥鎖一樣，都有靜態(tài)動態(tài)兩種創(chuàng)建方式，靜態(tài)方式使用PTHREAD_COND_INITIALIZER常量，如下：

復(fù)制代碼代碼如下:

pthread_cond_t cond=PTHREAD_COND_INITIALIZER

動態(tài)方式調(diào)用pthread_cond_init()函數(shù)，API定義如下：

復(fù)制代碼代碼如下:

int   pthread_cond_init(pthread_cond_t   *cond,   pthread_condattr_t   *cond_attr)    

盡管POSIX標(biāo)準(zhǔn)中為條件變量定義了屬性，但在LinuxThreads中沒有實(shí)現(xiàn)，因此cond_attr值通常為NULL，且被忽略。

注銷一個條件變量需要調(diào)用pthread_cond_destroy()，只有在沒有線程在該條件變量上等待的時候才能注銷這個條件變量，否則返回EBUSY。因?yàn)長inux實(shí)現(xiàn)的條件變量沒有分配什么資源，所以注銷動作只包括檢查是否有等待線程。API定義如下：

復(fù)制代碼代碼如下:

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond)

2．等待和激發(fā)

復(fù)制代碼代碼如下:

    
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)    

等待條件有兩種方式：無條件等待pthread_cond_wait()和計時等待pthread_cond_timedwait()，其中計時等待方式如果在給定時刻前條件沒有滿足，則返回ETIMEOUT，結(jié)束等待，其中abstime以與time()系統(tǒng)調(diào)用相同意義的絕對時間形式出現(xiàn)，0表示格林尼治時間1970年1月1日0時0分0秒。

無論哪種等待方式，都必須和一個互斥鎖配合，以防止多個線程同時請求pthread_cond_wait()（或pthread_cond_timedwait()，下同）的競爭條件（Race Condition）。mutex互斥鎖必須是普通鎖（PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP）或者適應(yīng)鎖（PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP），且在調(diào)用pthread_cond_wait()前必須由本線程加鎖（pthread_mutex_lock()），而在更新條件等待隊列以前，mutex保持鎖定狀態(tài)，并在線程掛起進(jìn)入等待前解鎖。在條件滿足從而離開pthread_cond_wait()之前，mutex將被重新加鎖，以與進(jìn)入pthread_cond_wait()前的加鎖動作對應(yīng)。

激發(fā)條件有兩種形式，pthread_cond_signal()激活一個等待該條件的線程，存在多個等待線程時按入隊順序激活其中一個；而pthread_cond_broadcast()則激活所有等待線程。

現(xiàn)在來看一段典型的應(yīng)用：看注釋即可。

復(fù)制代碼代碼如下:

#include <pthread.h>
#include <unistd.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]*/
static void cleanup_handler(void *arg)
{
    printf("Cleanup 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);           //這個mutex主要是用來保證pthread_cond_wait的并發(fā)性
    while (head == NULL)   {               //這個while要特別說明一下，單個pthread_cond_wait功能很完善，為何這里要有一個while (head == NULL)呢？因?yàn)閜thread_cond_wait里的線程可能會被意外喚醒，如果這個時候head != NULL，則不是我們想要的情況。這個時候，應(yīng)該讓線程繼續(xù)進(jìn)入pthread_cond_wait
        pthread_cond_wait(&cond, &mtx);         // pthread_cond_wait會先解除之前的pthread_mutex_lock鎖定的mtx，然后阻塞在等待對列里休眠，直到再次被喚醒（大多數(shù)情況下是等待的條件成立而被喚醒，喚醒后，該進(jìn)程會先鎖定先pthread_mutex_lock(&mtx);，再讀取資源
                                                //用這個流程是比較清楚的/*block-->unlock-->wait() return-->lock*/
    }
        p = head;
        head = head->n_next;
        printf("Got %d from front of queue/n", p->n_number);
        free(p);
        pthread_mutex_unlock(&mtx);             //臨界區(qū)數(shù)據(jù)操作完畢，釋放互斥鎖
    }
    pthread_cleanup_pop(0);
    return 0;
}
int main(void)
{
    pthread_t tid;
    int i;
    struct node *p;
    pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);   //子線程會一直等待資源，類似生產(chǎn)者和消費(fèi)者，但是這里的消費(fèi)者可以是多個消費(fèi)者，而不僅僅支持普通的單個消費(fèi)者，這個模型雖然簡單，但是很強(qiáng)大
    /*[tx6-main]*/
    for (i = 0; i < 10; i++) {
        p = malloc(sizeof(struct node));
        p->n_number = i;
        pthread_mutex_lock(&mtx);             //需要操作head這個臨界資源，先加鎖，
        p->n_next = head;
        head = p;
        pthread_cond_signal(&cond);
        pthread_mutex_unlock(&mtx);           //解鎖
        sleep(1);
    }
    printf("thread 1 wanna end the line.So cancel thread 2./n");
    pthread_cancel(tid);             //關(guān)于pthread_cancel，有一點(diǎn)額外的說明，它是從外部終止子線程，子線程會在最近的取消點(diǎn)，退出線程，而在我們的代碼里，最近的取消點(diǎn)肯定就是pthread_cond_wait()了。關(guān)于取消點(diǎn)的信息，有興趣可以google,這里不多說了
    pthread_join(tid, NULL);
    printf("All done -- exiting/n");
    return 0;
}