关于linux条件变量的一点思考

Posted 2022-12-16 analogous_love

设想有这样一种应用场景：  

有A、B两个线程同时递增一个整型变量v，线程C在变量v是3的倍数时，输入v的值。因为涉及到多个线程同时读写同一个变量，所以肯定需要使用互斥体mutex对变量v进行保护，即同一时刻只能有且只有一个线程对v进行修改。假设A、B、C三个线程得到cpu时间片几率相等，如果不使用条件变量的话，在线程C中只能采取轮询的方式不断地去检测变量v的值是否是3的倍数。这样存在以下问题——碰巧的情况下，可能v的值的未发生改变时会被线程C检测多次。这样其实是在做无用功。  

如果使用条件变量的话，当A或者B改变了v的值时，再去通知C去检测v的值是否是3的倍数，这样可以省去C的很多次的无用检测。在C不检测的情况下，C线程以休眠状态挂起。  

代码如下：

#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <unistd.h>  
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <pthread.h>
#include <errno.h>

int index = 1;

pthread_mutex_t lock;
pthread_cond_t cond;

void* fun1(void* p)

    while (index < 50)
    
        pthread_mutex_lock(&lock);    
        index++;
        printf("In fun1 : %d\\n",index);
        pthread_cond_signal(&cond);//当有变化后，使用signal通知wait函数
        pthread_mutex_unlock(&lock);
        usleep(0.1);
    


void* fun2(void* p)

    while (index < 50)
           
        pthread_mutex_lock(&lock);    
        index++;
        printf("In fun2 : %d\\n",index);
        pthread_cond_signal(&cond);
        pthread_mutex_unlock(&lock);
        usleep(0.1);
    


void* fun3(void*)

    int i=0;
    while (i < 70)
    
         pthread_mutex_lock(&lock);
         while ( index % 3 != 0)
         
             pthread_cond_wait(&cond, &lock);//如果获得了互斥锁，但是条件不合适的话，wait会释放锁，不往下执行。当变化后，条件合适，将直接获得锁。
         

         printf("%d\\n",index/3);

         i++;
         pthread_mutex_unlock(&lock);
         usleep(0.1);
    


int main()

    pthread_mutex_init(&lock, NULL);
    pthread_cond_init(&cond, NULL);

    pthread_t tid1,tid2,tid3;
    pthread_create(&tid1, NULL, fun1, NULL);
    pthread_create(&tid2, NULL, fun2, NULL);
    pthread_create(&tid3, NULL, fun3, NULL);

    pthread_join(tid1, NULL);
    pthread_join(tid2, NULL);
    pthread_join(tid3, NULL);

    return 0;

程序中，每当线程1或线程2改变了全局变量index的值，就通知线程3去检测线程index的值是否是3的倍数。需要注意的是：

线程1或2改变了index值，去通知线程3去检测index值，这里只是通知线程3，不代表线程3一定会得到cpu时间片。所以可能会出现即使index是3的倍数时，由于线程3没有得到cpu时间片而不执行，也就是错过打印index值的机会（即使这个时候index是3的倍数）。如下图：

图中标红的地方，index的值都是3的倍数，由于线程3没有机会执行，所以并没有打印出来。

所以需要注意的地方是：使用条件变量时，虽然可以在条件满足时通知相关等待的线程，但等待的线程不一定会在条件满足时执行需要的动作，这是个几率问题。另外的，条件变量使用需要理解如下内容：

1.调用pthread_cond_wait或std::condition_variable.wait()（C11新增API）时会对相应的mutex进行解锁，然后线程睡眠等待条件触发。
2.当其他线程调用pthread_cond_signal/pthread_cond_broadcast 或 std::condition_variable.notify_one()/notify_all()（C11新增API）时，pthread_cond_wait或std::condition_variable.wait()所在的线程可能会苏醒过来，如果苏醒过来执行的话，pthread_cond_wait或std::condition_variable.wait()会对相应的mutex加锁。

产生条件变量的初衷是应对如下需求：
对某个共享变量进行检测看是否满足条件，避免了：
1.读取共享数据频繁的加锁解锁；
2.减少判断条件不满足的尝试的次数。 
题外话

   上述程序存在两个问题：

1. 线程3在线程1和2退出以后，挂起，导致整个进程无法正常退出。如何解决？

2. 如何让线程3打印出所有index是3的倍数的值？

参考：http://www.cnblogs.com/wzben/p/5431071.html