使用条件变量进行线程间的同步

Posted 2023-03-15

参考技术A

先看一下APUE第三版对于条件变量的说明:

条件变量是另一种线程同步机制，它为线程间共享的对象提供了同步的方法。当条件变量配合互斥锁(Mutex)使用时,允许多个线程处在一种自由等待任意条件发生的状态。

条件变量自身由互斥锁(Mutex)保护。线程必须在修改条件状态之前先对其上锁，其他线程不会在获取锁之前被通知到其状态变化，因为只有获取到锁才可以计算条件。

条件变量的数据类型是 pthread_cond_t ，条件变量属性的类型是 pthread_condattr_t ，它们都包含在头文件<pthread.h>中。

条件变量使用之前必须初始化，有两种方法：

需要释放条件变量时，使用pthread_cond_destroy即可。

调用phread_cond_wait或pthread_cond_timewait(以下简称wait函数)可以使当前线程等待某一条件的发生。两者的区别在于后者可以指定等待时间。
调用wait函数时，系统使调用线程进入等待状态后 释放锁 (所以我们必须先加锁后调用wait函数)。在这一步操作中的检查条件和进入等待是 原子操作 ，所以线程不会错过条件的变化。当wait函数返回时，mutex会 再次被加锁 。

其中pthread_cond_timewait中用到的timespec结构定义如下:

需要注意的是,timespec是一个绝对时间，所以在使用前我们需要先取得当前时间，再加上等待时间。例如下面这样：

如果时间到了还没有等到条件变化，函数会对mutex重新加锁并返回一个ETIMEOUT的错误。

当wait函数返回成功时， 需要重新检查条件 ，因为条件有可能已经被其他线程修改。

当条件满足时，可以用这两个函数用来通知其他线程。

pthread_cond_signal会唤醒至少一个等待的线程，而pthread_cond_broadcast会唤醒所有等待的线程。必须注意的是：我们 必须在状态发生变化之后再发送信号给其他线程 。

条件变量的数据类型是 pthread_cond_t ，它主要有两种属性：

设置进程间共享属性：

设置时钟属性：

pthread_cond_timewait函数用于在等待条件变量时提供超时功能，不过该函数的超时时间是一个绝对时间。默认使用系统时间，这意味着若修改系统时间，那么超时就不准确：有可能提前返回，也可能要几年才返回。这在某些情况下会导致bug，这时我们可以通过设置条件变量的时钟属性来避免这个问题。下面的例子展示了如何使用这个属性：