多執行緒程式設計 條件變數

2022-07-09 21:51:12 字數 4215 閱讀 2281

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1.引言:

條件變數是一種同步機制,允許執行緒掛起,直到共享資料上的某些條件得到滿足。條件變數上的基本操作有:觸發條件(當條件變為true 時);等待條件,掛起執行緒直到其他執行緒觸發條件。

條件變數要和互斥量相聯結,以避免出現條件競爭--乙個執行緒預備等待乙個條件變數,當它在真正進入等待之前,另乙個執行緒恰好觸發了該條件。

2.函式說明:

1)初始化條件變數pthread_cond_init

函式原型:int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cv, const pthread_condattr_t *cattr);

返回值:函式成功返回0;任何其他返回值都表示錯誤。

引數說明:當引數cattr為空指標時,函式建立的是乙個預設的條件變數。否則條件變數的屬性將由cattr中的屬性值來決定。呼叫pthread_cond_init函式時,引數cattr為空指標等價於cattr中的屬性為預設屬性,只是前者不需要cattr所占用的記憶體開銷。這個函式返回時,條件變數被存放在引數cv指向的記憶體中。

可以用巨集pthread_cond_initializer來初始化靜態定義的條件變數,使其具有預設屬性。這和用pthread_cond_init函式動態分配的效果是一樣的。初始化時不進行錯誤檢查。如:pthread_cond_t cv = pthread_cond_initializer;

不能由多個執行緒同時初始化乙個條件變數。當需要重新初始化或釋放乙個條件變數時,應用程式必須保證這個條件變數未被使用。

2)阻塞在條件變數上pthread_cond_wait

函式原型:int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cv, pthread_mutex_t *mutex);

返回值:函式成功返回0;任何其他返回值都表示錯誤

引數說明:函式將解鎖mutex引數指向的互斥鎖,並使當前執行緒阻塞在cv引數指向的條件變數上。被阻塞的執行緒可以被pthread_cond_signal函式,pthread_cond_broadcast函式喚醒,也可能在被訊號中斷後被喚醒。pthread_cond_wait函式的返回並不意味著條件的值一定發生了變化,必須重新檢查條件的值。pthread_cond_wait函式返回時,相應的互斥鎖將被當前執行緒鎖定,即使是函式出錯返回。

一般乙個條件表示式都是在乙個互斥鎖的保護下被檢查。當條件表示式未被滿足時,執行緒將仍然阻塞在這個條件變數上。當另乙個執行緒改變了條件的值並向條件變數發出訊號時,等待在這個條件變數上的乙個執行緒或所有執行緒被喚醒,接著都試圖再次占有相應的互斥鎖。阻塞在條件變數上的執行緒被喚醒以後,直到pthread_cond_wait()函式返回之前條件的值都有可能發生變化。所以函式返回以後,在鎖定相應的互斥鎖之前,必須重新測試條件值。最好的測試方法是迴圈呼叫pthread_cond_wait函式,並把滿足條件的表示式置為迴圈的終止條件。

如:pthread_mutex_lock(); while (condition_is_false) pthread_cond_wait(); pthread_mutex_unlock();

阻塞在同乙個條件變數上的不同執行緒被釋放的次序是不一定的。

注意:pthread_cond_wait()函式是退出點,如果在呼叫這個函式時,已有乙個掛起的退出請求,且執行緒允許退出,這個執行緒將被終止並開始執行善後處理函式,而這時和條件變數相關的互斥鎖仍將處在鎖定狀態。

3)解除在條件變數上的阻塞pthread_cond_signal

函式原型:int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cv);

返回值:函式成功返回0;任何其他返回值都表示錯誤

引數說明:函式被用來釋放被阻塞在指定條件變數上的乙個執行緒。必須在互斥鎖的保護下使用相應的條件變數。否則對條件變數的解鎖有可能發生在鎖定條件變數之前,從而造成死鎖。

喚醒阻塞在條件變數上的所有執行緒的順序由排程策略決定,如果執行緒的排程策略是sched_other型別的,系統將根據執行緒的優先順序喚醒執行緒。如果沒有執行緒被阻塞在條件變數上,那麼呼叫pthread_cond_signal()將沒有作用。

4)阻塞直到指定時間pthread_cond_timedwait

函式原型:int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cv, pthread_mutex_t *mp, const structtimespec * abstime); 標頭檔案為:#include

返回值:函式成功返回0;任何其他返回值都表示錯誤

引數說明:函式到了一定的時間,即使條件未發生也會解除阻塞。這個時間由引數abstime指定。函式返回時,相應的互斥鎖往往是鎖定的,即使是函式出錯返回。

注意:pthread_cond_timedwait函式也是退出點。超時時間引數是指一天中的某個時刻。

使用舉例:

pthread_timestruc_t to; to.tv_sec = time(null) + timeout; to.tv_nsec = 0;

超時返回的錯誤碼是etimedout。

5釋放阻塞的所有執行緒pthread_cond_broadcast

函式原型:int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cv);

返回值:函式成功返回0;任何其他返回值都表示錯誤

引數說明:函式喚醒所有被pthread_cond_wait函式阻塞在某個條件變數上的執行緒,引數cv被用來指定這個條件變數。當沒有執行緒阻塞在這個條件變數上時,pthread_cond_broadcast函式無效。由於pthread_cond_broadcast函式喚醒所有阻塞在某個條件變數上的執行緒,這些執行緒被喚醒後將再次競爭相應的互斥鎖,所以必須小心使用pthread_cond_broadcast函式。

6釋放條件變數pthread_cond_destroy

函式原型:int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cv);

返回值:函式成功返回0;任何其他返回值都表示錯誤。

注意:條件變數占用的空間並未被釋放。

7喚醒丟失問題

喚醒丟失往往會在下面的情況下發生:

乙個執行緒呼叫pthread_cond_signal或pthread_cond_broadcast函式;

另乙個執行緒正處在測試條件變數和呼叫pthread_cond_wait函式之間;

沒有執行緒正在處在阻塞等待的狀態下。

3.舉例:

下面是使用函式pthread_cond_wait()和函式pthread_cond_signal()的乙個簡單的例子:

pthread_mutex_t count_lock;

pthread_cond_t count_nonzero;

unsigned count;

decrement_count

() increment_count()

count值為0時,decrement函式在pthread_cond_wait處被阻塞,並開啟互斥鎖count_lock。此時,當呼叫到函式increment_count時,pthread_cond_signal()函式改變條件變數,告知decrement_count()停止阻塞。讀者可以試著讓兩個執行緒分別執行這兩個函式,看看會出現什麼樣的結果。

函式pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond)用來喚醒所有被阻塞在條件變數cond上的執行緒。這些執行緒被喚醒後將再次競爭相應的互斥鎖,所以必須小心使用這個函式。

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