4、Linux多线程,线程同步(2)

简介: 2)条件变量(cond)     利用线程间共享的全局变量进行同步的一种机制。条件变量上的基本操作有:触发条件(当条件变为 true 时);等待条件,挂起线程直到其他线程触发条件。 int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond,pthread_cond...

2)条件变量(cond

    利用线程间共享的全局变量进行同步的一种机制。条件变量上的基本操作有:触发条件(当条件变为 true );等待条件,挂起线程直到其他线程触发条件。

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond,pthread_condattr_t *cond_attr);   

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex_t *mutex);

int pthread_cond_timewait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex *mutex,const timespec *abstime);

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);  //解除所有线程的阻塞

(1)初始化.init()或者pthread_cond_t cond=PTHREAD_COND_INITIALIER(前者为动态初始化,后者为静态初始化);属性置为NULL

(2)等待条件成立.pthread_wait,pthread_timewait.wait()释放锁,并阻塞等待条件变量为真,timewait()设置等待时间,仍未signal,返回ETIMEOUT(加锁保证只有一个线程wait)

(3)激活条件变量:pthread_cond_signal,pthread_cond_broadcast(激活所有等待线程)

(4)清除条件变量:destroy;无线程等待,否则返回EBUSY

对于

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);

一定要在mutex的锁定区域内使用

    如果要正确的使用pthread_mutex_lockpthread_mutex_unlock,请参考

pthread_cleanup_push和pthread_cleanup_pop宏,它能够在线程被cancel的时候正确的释放mutex

    另外,posix1标准说,pthread_cond_signalpthread_cond_broadcast无需考虑调用线程是否是mutex的拥有者,也就是说,可以在lockunlock以外的区域调用。如果我们对调用行为不关心,那么请在lock区域之外调用吧。

说明:

    (1)pthread_cond_wait 自动解锁互斥量(如同执行了pthread_unlock_mutex),并等待条件变量触发。这时线程挂起,不占用CPU时间,直到条件变量被触发(变量为ture)。在调用 pthread_cond_wait之前,应用程序必须加锁互斥量。pthread_cond_wait函数返回前,自动重新对互斥量加锁(如同执行了pthread_lock_mutex)

    (2)互斥量的解锁和在条件变量上挂起都是自动进行的。因此,在条件变量被触发前,如果所有的线程都要对互斥量加锁,这种机制可保证在线程加锁互斥量和进入等待条件变量期间,条件变量不被触发。条件变量要和互斥量相联结,以避免出现条件竞争——个线程预备等待一个条件变量,当它在真正进入等待之前,另一个线程恰好触发了该条件(条件满足信号有可能在测试条件和调用pthread_cond_wait函数(block)之间被发出,从而造成无限制的等待)。

(3)pthread_cond_timedwait 和 pthread_cond_wait 一样,自动解锁互斥量及等待条件变量,但它还限定了等待时间。如果在abstime指定的时间内cond未触发,互斥量mutex被重新加锁,且pthread_cond_timedwait返回错误 ETIMEDOUTabstime 参数指定一个绝对时间,时间原点与 time gettimeofday 相同:abstime = 0 表示 19701100:00:00 GMT

(4)pthread_cond_destroy 销毁一个条件变量,释放它拥有的资源。进入 pthread_cond_destroy 之前,必须没有在该条件变量上等待的线程。

    (5)条件变量函数不是异步信号安全的,不应当在信号处理程序中进行调用。特别要注意,如果在信号处理程序中调用 pthread_cond_signal pthread_cond_boardcast 函数,可能导致调用线程死锁。

示例程序1

img_1c53668bcee393edac0d7b3b3daff1ae.gif img_405b18b4b6584ae338e0f6ecaf736533.gif View Code
#include <stdio.h>
#include
<pthread.h>
#include
"stdlib.h"
#include
"unistd.h"

pthread_mutex_t mutex;
pthread_cond_t cond;

void hander(void *arg)
{
free(arg);
(
void)pthread_mutex_unlock(&mutex);
}

void *thread1(void *arg)
{
pthread_cleanup_push(hander,
&mutex);
while(1)
{
printf(
"thread1 is running\n");
pthread_mutex_lock(
&mutex);
pthread_cond_wait(
&cond,&mutex);
printf(
"thread1 applied the condition\n");
pthread_mutex_unlock(
&mutex);
sleep(
4);
}
pthread_cleanup_pop(
0);
}

void *thread2(void *arg)
{
while(1)
{
printf(
"thread2 is running\n");
pthread_mutex_lock(
&mutex);
pthread_cond_wait(
&cond,&mutex);
printf(
"thread2 applied the condition\n");
pthread_mutex_unlock(
&mutex);
sleep(
1);
}
}
int main()
{
pthread_t thid1,thid2;
printf(
"condition variable study!\n");
pthread_mutex_init(
&mutex,NULL);
pthread_cond_init(
&cond,NULL);
pthread_create(
&thid1,NULL,thread1,NULL);
pthread_create(
&thid2,NULL,thread2,NULL);
sleep(
1);
do
{
pthread_cond_signal(
&cond);
}
while(1);
sleep(
20);
pthread_exit(
0);
return 0;
}

示例程序2

img_1c53668bcee393edac0d7b3b3daff1ae.gif img_405b18b4b6584ae338e0f6ecaf736533.gif View Code
#include <pthread.h> 
#include
<unistd.h>
#include
"stdio.h"
#include
"stdlib.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)
{
//这个mutex主要是用来保证pthread_cond_wait的并发性
pthread_mutex_lock(&mtx);
while (head == NULL)
{
//这个while要特别说明一下,单个pthread_cond_wait功能很完善,为何
//这里要有一个while (head == NULL)呢?因为pthread_cond_wait里的线
//程可能会被意外唤醒,如果这个时候head != NULL,则不是我们想要的情况。
//这个时候,应该让线程继续进入pthread_cond_wait

// pthread_cond_wait会先解除之前的pthread_mutex_lock锁定的mtx,
//然后阻塞在等待对列里休眠,直到再次被唤醒(大多数情况下是等待的条件成立
//而被唤醒,唤醒后,该进程会先锁定先pthread_mutex_lock(&mtx);,再读取资源
//用这个流程是比较清楚的/*block-->unlock-->wait() return-->lock*/
pthread_cond_wait(&cond, &mtx);
p
= head;
head
= head->n_next;
printf(
"Got %d from front of queue/n", p->n_number);
free(p);
}
pthread_mutex_unlock(
&mtx); //临界区数据操作完毕,释放互斥锁
}
pthread_cleanup_pop(
0);
return 0;
}

int main(void)
{
pthread_t tid;
int i;
struct node *p;
//子线程会一直等待资源,类似生产者和消费者,但是这里的消费者可以是多个消费者,而
//不仅仅支持普通的单个消费者,这个模型虽然简单,但是很强大
pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);
sleep(
1);
for (i = 0; i < 10; i++)
{
p
= (struct node*)malloc(sizeof(struct node));
p
->n_number = i;
pthread_mutex_lock(
&mtx); //需要操作head这个临界资源,先加锁,
p->n_next = head;
head
= p;
pthread_cond_signal(
&cond);
pthread_mutex_unlock(
&mtx); //解锁
sleep(1);
}
printf(
"thread 1 wanna end the line.So cancel thread 2./n");

//关于pthread_cancel,有一点额外的说明,它是从外部终止子线程,子线程会在最近的取消点,退出
//线程,而在我们的代码里,最近的取消点肯定就是pthread_cond_wait()了。
pthread_cancel(tid);
pthread_join(tid, NULL);
printf(
"All done -- exiting/n");
return 0;
}

3)信号量

    如同进程一样,线程也可以通过信号量来实现通信,虽然是轻量级的。

    信号量函数的名字都以"sem_"打头。线程使用的基本信号量函数有四个。

#include <semaphore.h>

int sem_init (sem_t *sem , int pshared, unsigned int value);

    这是对由sem指定的信号量进行初始化,设置好它的共享选项(linux 只支持为0,即表示它是当前进程的局部信号量),然后给它一个初始值VALUE

两个原子操作函数:

int sem_wait(sem_t *sem);

int sem_post(sem_t *sem);

    这两个函数都要用一个由sem_init调用初始化的信号量对象的指针做参数。

sem_post:给信号量的值加1

sem_wait:给信号量减1;对一个值为0的信号量调用sem_wait,这个函数将会等待直到有其它线程使它不再是0为止。

int sem_destroy(sem_t *sem);

    这个函数的作用是再我们用完信号量后都它进行清理。归还自己占有的一切资源。

参考:

1http://www.cnblogs.com/feisky/archive/2009/11/12/1601824.html

2http://www.cnblogs.com/mydomain/archive/2011/07/10/2102147.html

3】 线程函数介绍

http://www.unix.org/version2/whatsnew/threadsref.html

4http://www.yolinux.com/TUTORIALS/LinuxTutorialPosixThreads.html

5】 线程常用函数简介

http://www.rosoo.net/a/201004/8954.html

6】 条件变量

http://blog.csdn.net/hiflower/article/details/2195350

7】条件变量函数说明

http://blog.csdn.net/hairetz/article/details/4535920

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