Linux 多執行緒同步問題 條件變數
互斥鎖:用來上鎖。
條件變數:用來等待,當條件變數用來自動阻塞一個執行緒,直到某特殊情況發生為止。通常條件變數和互斥鎖同時使用。
函式介紹:
1.
名稱: |
pthread_cond_init |
目標: |
條件變數初始化 |
標頭檔案: |
#include < pthread.h> |
函式原形: |
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, const pthread_condattr_t *attr); |
引數: |
cptr 條件變數 attr 條件變數屬性 |
返回值: |
成功返回0,出錯返回錯誤編號。 |
pthread_cond_init函式可以用來初始化一個條件變數。他使用變數attr所指定的屬性來初始化一個條件變數,如果引數attr為空,那麼它將使用預設的屬性來設定所指定的條件變數。
2.
名稱: |
pthread_cond_destroy |
目標: |
條件變數摧毀 |
標頭檔案: |
#include < pthread.h> |
函式原形: |
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond); |
引數: |
cptr 條件變數 |
返回值: |
成功返回0,出錯返回錯誤編號。 |
pthread_cond_destroy函式可以用來摧毀所指定的條件變數,同時將會釋放所給它分配的資源。呼叫該函式的程序也並不要求等待在引數所指定的條件變數上。
3.
名稱: |
pthread_cond_wait/pthread_cond_timedwait |
目標: |
條件變數等待 |
標頭檔案: |
#include < pthread.h> |
函式原形: |
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex_t *mutex); int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex_t mytex,const struct timespec *abstime); |
引數: |
cond 條件變數 mutex 互斥鎖 |
返回值: |
成功返回0,出錯返回錯誤編號。 |
第一個引數*cond是指向一個條件變數的指標。第二個引數*mutex則是對相關的互斥鎖的指標。函式pthread_cond_timedwait函式型別與函式pthread_cond_wait,區別在於,如果達到或是超過所引用的引數*abstime,它將結束並返回錯誤ETIME.pthread_cond_timedwait函式的引數*abstime指向一個timespec結構。該結構如下:
typedef struct timespec{
time_t tv_sec;
long tv_nsex;
}timespec_t;
3.
名稱: |
pthread_cond_signal/pthread_cond_broadcast |
目標: |
條件變數通知 |
標頭檔案: |
#include < pthread.h> |
函式原形: |
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond); int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond); |
引數: |
cond 條件變數 |
返回值: |
成功返回0,出錯返回錯誤編號。 |
引數*cond是對型別為pthread_cond_t 的一個條件變數的指標。當呼叫pthread_cond_signal時一個在相同條件變數上阻塞的執行緒將被解鎖。如果同時有多個執行緒阻塞,則由排程策略確定接收通知的執行緒。如果呼叫pthread_cond_broadcast,則將通知阻塞在這個條件變數上的所有執行緒。一旦被喚醒,執行緒仍然會要求互斥鎖。如果當前沒有執行緒等待通知,則上面兩種呼叫實際上成為一個空操作。如果引數*cond指向非法地址,則返回值EINVAL。
下面是一個簡單的例子,我們可以從程式的執行來了解條件變數的作用。
#include <pthread.h> sleep(1); } if(i%3!=0) sleep(1); } |
程式建立了2個新執行緒使他們同步執行,實現程序t_b列印20以內3的倍數,t_a列印其他的數,程式開始執行緒t_b不滿足條件等待,執行緒t_a執行使a迴圈加1並列印。直到i為3的倍數時,執行緒t_a傳送訊號通知程序t_b,這時t_b滿足條件,列印i值。
下面是執行結果:
#cc –lpthread –o cond cond.c
#./cond
thread1:1
thread1:2
thread2:3
thread1:4
thread1:5
thread2:6
thread1:7
thread1:8
thread2:9
備註:
pthread_cond_wait 執行的流程首先將這個mutex解鎖, 然後等待條件變數被喚醒, 如果沒有被喚醒, 該執行緒將一直休眠, 也就是說, 該執行緒將一直阻塞在這個pthread_cond_wait呼叫中, 而當此執行緒被喚醒時, 將自動將這個mutex加鎖,然後再進行條件變數判斷(原因是“驚群效應”,如果是多個執行緒都在等待這個條件,而同時只能有一個執行緒進行處理,此時就必須要再次條件判斷,以使只有一個執行緒進入臨界區處理。),如果滿足,則執行緒繼續執行,最後解鎖,
也就是說pthread_cond_wait實際上可以看作是以下幾個動作的合體:
解鎖執行緒鎖
等待執行緒喚醒,並且條件為true
加鎖執行緒鎖.
pthread_cond_signal僅僅負責喚醒正在阻塞在同一條件變數上的一個執行緒,如果存在多個執行緒,系統自動根據排程策略決定喚醒其中的一個執行緒,在多處理器上,該函式是可能同時喚醒多個執行緒,同時該函式與鎖操作無關,解鎖是由pthread_mutex_unlock(&mutex)完成
喚醒丟失問題
線上程並沒有阻塞在條件變數上時,呼叫pthread_cond_signal或pthread_cond_broadcast函式可能會引起喚醒丟失問題。
喚醒丟失往往會在下面的情況下發生:
一個執行緒呼叫pthread_cond_signal或pthread_cond_broadcast函式;
另一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。