理解 Linux 条件变量


1 简介

当多个线程之间因为存在某种依赖关系，导致只有当某个条件存在时，才可以执行某个线程，此时条件变量（pthread_cond_t）可以派上用场。比如：

例1: 当系统不忙（这是一个条件）时，执行扫描文件状态的线程。

例2: 多个线程组成线程池，只有当任务队列中存在任务时，才用其中一个线程去执行这个任务。为避免惊群（thrundering herd），可以采用条件变量同步线程池中的线程。

2 用法

条件变量（pthread_cond_t）必须与锁（pthread_mutex_t）一起使用。

条件变量的API：

1) pthread_cond_init

2) pthread_cond_signal / pthread_cond_broadcast

3) pthread_cond_wait / pthread_cond_timedwait

4) pthread_cond_destroy

线程A：

include <stdio.h> &nbsp;
include <sys/time.h> &nbsp;
include <unistd.h> &nbsp;
include <pthread.h> &nbsp;
include <errno.h>
...

void A_thread_run(void *arg)
{
    ...

    pthread_mutex_lock (& lock);

    // 条件满足， 发出通知
    pthread_cond_signal (& cond);

    pthread_mutex_unlock (& lock);

    ...
}

线程B：

void B_thread_run(void *arg)
{
    for ( ; ; ) {
        pthread_mutex_lock (&lock);

        /* pthread_cond_wait 原子调用： 等待条件变量， 解除锁， 然后阻塞
        * 当 pthread_cond_wait 返回，则条件变量有信号，同时上锁
        *
        * 等待条件有两种方式：条件等待pthread_cond_wait()和计时等待pthread_cond_timedwait()，
        * 其中计时等待方式如果在给定时刻前条件没有满足，则返回ETIMEOUT
        * 无论哪种等待方式，都必须和一个互斥锁配合，以防止多个线程同时请求pthread_cond_wait()
        * （或pthread_cond_timedwait()，下同）的竞争条件（Race Condition）。
        * mutex互斥锁必须是普通锁（PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP）或者适应锁（PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP）,
        * 且在调用pthread_cond_wait()前必须由本线程加锁（pthread_mutex_lock()），而在更新条件等待队列以前，
        * mutex保持锁定状态，并在线程挂起进入等待前解锁。
        * 在条件满足从而离开pthread_cond_wait()之前，mutex将被重新加锁，以与进入pthread_cond_wait()前的加锁动作对应。
        * 激发条件有两种形式，pthread_cond_signal()激活一个等待该条件的线程，存在多个等待线程时按入队顺序激活其中一个；
        * 而pthread_cond_broadcast()则激活所有等待线程(惊群)。
        */

        pthread_cond_wait (&cond, &lock);

        if (shutdown) {
            break;
        }

        /* Unlock */
        pthread_mutex_unlock (&lock);

        /* do your task here */
    }

    pthread_mutex_unlock (&lock);
    pthread_exit (0);
}

线程B调用pthread_cond_wait，从而阻塞在此句，等待有信号通知。pthread_cond_wait内部存在原子调用：解除锁和等待条件变量有信号。当pthread_cond_wait函数返回，表明得到了信号通知，同时上锁。

线程A用pthread_cond_signal通知调用了pthread_cond_wait的线程B。

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