pthread_cond_wait() 同时唤醒两个线程

Posted 2023-02-22

【中文标题】pthread_cond_wait() 同时唤醒两个线程

【英文标题】：pthread_cond_wait() waking up two threads at the same time

【发布时间】：2015-07-15 21:04:42

【问题描述】：

我试图更好地了解如何使用pthread_cond_wait() 以及它是如何工作的。 我只是想对我在这个网站上看到的答案进行一些澄清。

答案是本页最后的回复

understanding of pthread_cond_wait() and pthread_cond_signal()

我想知道使用三个线程会如何。想象一下线程 1 想告诉线程 2 和线程 3 唤醒

例如

pthread_mutex_t mutex;
pthread_cond_t condition;

线程 1：

pthread_mutex_lock(&mutex);

/*Initialize things*/

pthread_mutex_unlock(&mutex);
pthread_cond_signal(&condition); //wake up thread 2 & 3

/*Do other things*/

线程 2：

pthread_mutex_lock(&mutex); //mutex lock
while(!condition)
    pthread_cond_wait(&condition, &mutex); //wait for the condition

pthread_mutex_unlock(&mutex);

/*Do work*/

线程 3：

pthread_mutex_lock(&mutex); //mutex lock
while(!condition)
    pthread_cond_wait(&condition, &mutex); //wait for the condition

pthread_mutex_unlock(&mutex);

/*Do work*/

我想知道这样的设置是否有效。假设线程 2 和 3 依赖于线程 1 需要处理的一些初始化选项。

【问题讨论】：

你可以让两个线程在相同的条件下等待，是的。当您调用pthread_cond_signal() 时，只有其中一个会被唤醒，但被唤醒的线程可能会再次发出信号以唤醒下一个等待的线程......或者您可以使用pthread_cond_broadcast() 来唤醒所有等待条件的线程。

【参考方案1】：

首先：如果你希望线程#1唤醒线程#2和#3，它应该使用pthread_cond_broadcast。

第二：设置有效（有广播）。线程#2 和#3 计划唤醒，它们将尝试重新获取互斥锁作为唤醒的一部分。其中一个会，另一个将不得不等待互斥锁再次解锁。所以线程#2 和#3 依次访问临界区（重新评估条件）。

【讨论】：

投反对票。没有解决while(!condition) 使用pthread_cond_t 类型的变量作为布尔值的严重问题，这是没有意义的。 pthread_cond_t 是一种不透明类型——它可以是任何东西，而且它不太可能具有用户可能期望的布尔值。其他答案解释了如何正确使用pthread_cond_wait()。

【参考方案2】：

如果我理解正确，您希望 thr#2 和 thr#3（“workers”）阻塞，直到 thr#1（“boss”）执行一些初始化。

您的方法几乎可行，但您需要广播而不是信号，并且缺少与条件变量分开的谓词变量。 （在您引用的问题中，谓词和条件变量的名称非常相似。）例如：

pthread_mutex_t mtx;
pthread_cond_t  cv;
int             initialized = 0;  // our predicate of interest, signaled via cv

...

// boss thread
  initialize_things();
  pthread_mutex_lock(&mtx);
  initialized = 1;
  pthread_cond_broadcast(&cv);
  pthread_mutex_unlock(&mtx);
  ...

// worker threads
  pthread_mutex_lock(&mtx);
  while (! initialized) 
    pthread_cond_wait(&cv, &mtx);
  
  pthread_mutex_unlock(&mtx);
  do_things();

这很常见，您可能希望将 mutex/cv/flag 组合成一个抽象。 （有关灵感，请参阅 Python 的 Event object。）POSIX barriers 这是同步线程的另一种方式：每个线程都等待直到所有线程“到达”。 pthread_once 是另一种方式，因为它只运行一次函数，无论有多少线程调用它。

【参考方案3】：

pthread_cond_signal 唤醒一个等待cond 变量的（随机）线程。如果你想唤醒所有等待这个cond变量的线程，请使用pthread_cond_broadcast。

【参考方案4】：

根据您在关键会话上所做的事情，除了先前答案中的解决方案之外，可能还有另一种解决方案。

假设thread1首先执行（即它是创建者线程）并且假设thread2和thread3在关键会话中没有对共享资源执行任何写入操作。在这种情况下，pthread_cond_wait 是在实际上不需要时强制一个线程等待另一个线程。

您可以使用pthread_rwlock_t 类型的读写互斥锁。基本上thread1 执行写锁，因此其他线程在尝试获取读锁时将被阻塞。

这个锁的功能不言自明：

//They return: 0 if OK, error number on failure
int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock,
    const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);
int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);

int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

当thread1 完成初始化时，它会解锁。其他线程将执行读锁，并且由于更多的读锁可以共存，它们可以同时执行。再次重申：如果您不在线程 2 和 3 中对共享资源执行任何写入，则这是有效的。