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1. Linux线程同步
1.1条件变量
1.2同步概念与竞态条件
1.3条件变量函数
1.4 为什么pthread_ cond_ wait 需要互斥量?
1.5 条件变量使用规范
后记：●由于作者水平有限，文章难免存在谬误之处，敬请读者斧正，俚语成篇，恳望指教！
——By 作者：新晓·故知
1. Linux线程同步
1.1条件变量
- 当一个线程互斥地访问某个变量时，它可能发现在其它线程改变状态之前，它什么也做不了。
- 例如一个线程访问队列时，发现队列为空，它只能等待，只到其它线程将一个节点添加到队列中。这种情况就需要用到条件变量。
1.2同步概念与竞态条件
- 同步：在保证数据安全的前提下，让线程能够按照某种特定的顺序访问临界资源，从而有效避免饥饿问题，叫做同步
- 竞态条件：因为时序问题，而导致程序异常，我们称之为竞态条件。在线程场景下，这种问题也不难理解
1.3条件变量函数
初始化int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,const pthread_condattr_t*restrictattr); 参数：cond：要初始化的条件变量attr：NULL销毁int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond）等待条件满足int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond,pthread_mutex_t *restrict mutex);参数：cond：要在这个条件变量上等待mutex：互斥量，后面详细解释唤醒等待int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
#include <iostream> #include <vector> #include <string> #include <functional> #include <unistd.h> #include <pthread.h> using namespace std;// 定义一个条件变量 pthread_cond_t cond; // 定义一个互斥锁 pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; //当前不用，但是接口需要，所以我们需要留下来 vector<function<void()>> funcs; void show() {cout << "hello show" << endl; } void print() {cout << "hello print" << endl; } // 定义全局退出变量 volatile bool quit = false; void *waitCommand(void *args) {pthread_detach(pthread_self());while (!quit){// 执行了下面的代码，证明某一种条件不就绪(现在还没有场景)，要我这个线程等待// 三个线程，都会进在条件变量下进行排队pthread_cond_wait(&cond, &mutex); //让对应的线程进行等待，等待被唤醒for(auto &f : funcs){f();}}cout << "thread id: " << pthread_self() << " end..." << endl;return nullptr; }int main() {funcs.push_back(show);funcs.push_back(print);funcs.push_back([](){cout << "你好世界!" << endl;});pthread_cond_init(&cond, nullptr);pthread_t t1, t2, t3;pthread_create(&t1, nullptr, waitCommand, nullptr);pthread_create(&t2, nullptr, waitCommand, nullptr);pthread_create(&t3, nullptr, waitCommand, nullptr);while(true){char n = 'a';cout << "请输入你的command(n/q): ";cin >> n;if(n == 'n') pthread_cond_signal(&cond);else break;}//sleep(1);cout << "main thread quit!" << endl;pthread_cond_destroy(&cond);return 0; }
简单案例：#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <pthread.h> pthread_cond_t cond; pthread_mutex_t mutex; void *r1(void *arg) {while (1){pthread_cond_wait(&cond, &mutex);printf("活动\n");} } void *r2(void *arg) {while (1){pthread_cond_signal(&cond);sleep(1);} } int main(void) {pthread_t t1, t2;pthread_cond_init(&cond, NULL);pthread_mutex_init(&mutex, NULL);pthread_create(&t1, NULL, r1, NULL);pthread_create(&t2, NULL, r2, NULL);pthread_join(t1, NULL);pthread_join(t2, NULL);pthread_mutex_destroy(&mutex);pthread_cond_destroy(&cond); }
1.4 为什么pthread_ cond_ wait 需要互斥量?
- 条件等待是线程间同步的一种手段，如果只有一个线程，条件不满足，一直等下去都不会满足，所以必须要有一个线程通过某些操作，改变共享变量，使原先不满足的条件变得满足，并且友好的通知等待在条件变量上的线程。
- 条件不会无缘无故的突然变得满足了，必然会牵扯到共享数据的变化。所以一定要用互斥锁来保护。没有互斥锁就无法安全的获取和修改共享数据。
按照上面的说法，我们设计出如下的代码：先上锁，发现条件不满足，解锁，然后等待在条件变量上不就行了，如下代码:// 错误的设计 pthread_mutex_lock(&mutex); while (condition_is_false) {pthread_mutex_unlock(&mutex);//解锁之后，等待之前，条件可能已经满足，信号已经发出，但是该信号可能被错过pthread_cond_wait(&cond);pthread_mutex_lock(&mutex); } pthread_mutex_unlock(&mutex);
- 由于解锁和等待不是原子操作。调用解锁之后，pthread_ cond_ wait之前，如果已经有其他线程获取到互斥量，摒弃条件满足，发送了信号，那么pthread_ cond_ wait将错过这个信号，可能会导致线程永远阻塞在这个 pthread_ cond_ wait 。所以解锁和等待必须是一个原子操作。
- int pthread_cond_wait(pthread_cond_ t *cond,pthread_mutex_ t * mutex); 进入该函数后，会去看条件量等于0不？等于，就把互斥量变成1，直到cond_ wait返回，把条件量改成1，把互斥量恢复成原样。
1.5 条件变量使用规范
- 等待条件代码
pthread_mutex_lock(&mutex);while (条件为假）pthread_cond_wait(cond, mutex);修改条件pthread_mutex_unlock(&mutex);
- 给条件发送信号代码
pthread_mutex_lock(&mutex);设置条件为真pthread_cond_signal(cond);pthread_mutex_unlock(&mutex);
后记：
●由于作者水平有限，文章难免存在谬误之处，敬请读者斧正，俚语成篇，恳望指教！
——By 作者：新晓·故知
