linux多執行緒程式設計，你還在用sleep麼？用pthread_cond_timedwait吧
摘要：多執行緒程式設計中，執行緒A迴圈計算，然後sleep一會接著計算（目的是減少CPU利用率）；存在的問題是，如果要關閉程式，通常選擇join執行緒A等待執行緒A退出，可是我們必須等到sleep函式返回，該執行緒A才能正常退出，這無疑減慢了程式退出的速度。當然，你可以terminate執行緒A，但這樣做很不優雅，且會存在一些未知問題。採用pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t * cond, pthread_mutex_t *mutex, const struct timespec * abstime)可以優雅的解決該問題，設定等待條件變數cond，如果超時，則返回；如果等待到條件變數cond，也返回。本文暫不將內部機理，僅演示一個demo。
首先，看這段程式碼，thr_fn為一個執行緒函式：
bool flag = true;
void * thr_fn(void * arg)
{
while (flag)
{
printf(“.\n”);
sleep(10);
}
printf(“thread exit\n”);
}
int main()
{
pthread_t thread;
if (0 != pthread_create(&thread, NULL, thr_fn, NULL))
{
printf(“error when create pthread,%d\n”, errno);
return 1;
}
char c ;
while ((c = getchar()) != ‘q’);
printf(“Now terminate the thread!\n”);
flag = false;
printf(“Wait for thread to exit\n”);
pthread_join(thread, NULL);
printf(“Bye\n”);
return 0;
}
輸入q後，需要等執行緒從sleep中醒來（由掛起狀態變為執行狀態），即最壞情況要等10s，執行緒才會被join。採用sleep的缺點：不能及時喚醒執行緒。
採用pthread_cond_timedwait函式實現的如下：
- include <stdio.h>
- include <sys/time.h>
- include <unistd.h>
- include <pthread.h>
- include <errno.h>
pthread_t thread;
pthread_cond_t cond;
pthread_mutex_t mutex;
bool flag = true;
void * thr_fn(void * arg)
{
struct timeval now;
struct timespec outtime;
pthread_mutex_lock(&mutex);
while (flag)
{
printf(“.\n”);
gettimeofday(&now, NULL);
outtime.tv_sec = now.tv_sec + 5;
outtime.tv_nsec = now.tv_usec * 1000;
pthread_cond_timedwait(&cond, &mutex, &outtime);
}
pthread_mutex_unlock(&mutex);
printf(“thread exit\n”);
}
int main()
{
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
pthread_cond_init(&cond, NULL);
if (0 != pthread_create(&thread, NULL, thr_fn, NULL))
{
printf(“error when create pthread,%d\n”, errno);
return 1;
}
char c ;
while ((c = getchar()) != ‘q’);
printf(“Now terminate the thread!\n”);
flag = false;
pthread_mutex_lock(&mutex);
pthread_cond_signal(&cond);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
printf(“Wait for thread to exit\n”);
pthread_join(thread, NULL);
printf(“Bye\n”);
return 0;
}
說明(翻譯摘要中提供的連線，翻譯的不好，湊合的看吧)：
pthread_cond_timedwait()函式阻塞住呼叫該函式的執行緒，等待由cond指定的條件被觸發（pthread_cond_broadcast() or pthread_cond_signal()）。
當pthread_cond_timedwait()被呼叫時，呼叫執行緒必須已經鎖住了mutex。函式pthread_cond_timedwait()會對mutex進行【解鎖和執行對條件的等待】（原子操作）。這裡的原子意味著：解鎖和執行條件的等待是原則的，一體的。（In this case, atomically means with respect to the mutex and the condition variable and other access by threads to those objects through the pthread condition variable interfaces.）
如果等待條件滿足或超時，或執行緒被取消，呼叫執行緒需要線上程繼續執行前先自動鎖住mutex，如果沒有鎖住mutex，產生EPERM錯誤。即，該函式返回時，mutex已經被呼叫執行緒鎖住。
等待的時間通過abstime引數（絕對系統時間，過了該時刻就超時）指定，超時則返回ETIMEDOUT錯誤碼。開始等待後，等待時間不受系統時鐘改變的影響。
儘管時間通過秒和納秒指定，系統時間是毫秒粒度的。需要根據排程和優先順序原因，設定的時間長度應該比預想的時間要多或者少點。可以通過使用系統時鐘介面gettimeofday()獲得timeval結構體。
注: 為了可靠的使用條件變數和確保不忘記對條件變數的喚醒操作，應該採用一個bool變數和mutex變數同條件變數配合使用。如本文demo。
最近開始入手網路程式設計領域，簡單的學習了PThread的幾個庫方法，然後就開始進專案組學習了。遇到的最大問題就是死鎖問題，因為我用的方法是:
pthread_cond_wait（）和 pthread_cond_signal() 來控制的,有的時候看著明明是對的或者說是單步除錯的情況下是正確的,但是一執行就卡住不動了,實在是太鬱悶了,這個時候我發現了一個有用的函式:
pthread_cond_timedwait
(pthread_cond_t * _cond,pthread_mutex_t * _mutex,_const struct timespec * _abstime);
這個函式的解釋為:比函式pthread_cond_wait()多了一個時間引數，經歷abstime段時間後，即使條件變數不滿足，阻塞也被解除。
一看到後面這句話,就比較激動,這樣的話,我只需要把pthread_cond_wait函式替換為 pthread_cond_timedwait函式,這樣即使有的時候發生死鎖了,也可以讓程式自己解開,重新進入正常的執行狀態.好,開始學習這個函式.
這個函式和pthread_cond_wait主要差別在於第三個引數,這個_abstime，從函式的說明來看,這個引數並不是像紅字所描述的經歷了abstime段時間後，而是到達了abstime時間，而後才解鎖,所以這裡當我們用引數的時候不能直接就寫個時間間隔,比如5S,而是應該寫上到達的時間點.所以初始化的過程為:
struct timespec timeout; //定義時間點
timeout.tv_sec=time(0)+1; //time(0) 代表的是當前時間 而tv_sec 是指的是秒
timeout.tv_nsec=0; //tv_nsec 代表的是納秒時間
這樣這個結構體的意思是,當函式到達到距離當前時間1s的時間點的時候,執行緒自動甦醒。然後再呼叫 pthread_cond_timedwait的方法就完全OK. 順便再附上linux下所有的時間代表含義.
關於Linux下時間程式設計的問題：
1. Linux下與時間有關的結構體
struct timeval
{
int tv_sec;
int tv_usec;
};
其中tv_sec是由凌晨開始算起的秒數，tv_usec則是微秒(10E-6 second)。
struct timezone
{
int tv_minuteswest;
int tv_dsttime;
};
tv_minuteswest是格林威治時間往西方的時差，tv_dsttime則是時間的修正方式。
struct timespec
{
long int tv_sec;
long int tv_nsec;
};
tv_nsec是nano second(10E-9 second)。
struct tm
{
int tm_sec;
int tm_min;
int tm_hour;
int tm_mday;
int tm_mon;
int tm_year;
int tm_wday;
int tm_yday;
int tm_isdst;
};
tm_sec表「秒」數，在[0,61]之間，多出來的兩秒是用來處理跳秒問題用的。
tm_min表「分」數，在[0,59]之間。
tm_hour表「時」數，在[0,23]之間。
tm_mday表「本月第幾日」，在[1,31]之間。
tm_mon表「本年第幾月」，在[0,11]之間。
tm_year要加1900表示那一年。
tm_wday表「本第幾日」，在[0,6]之間。
tm_yday表「本年第幾日」，在[0,365]之間，閏年有366日。
tm_isdst表是否為「日光節約時間」。
struct itimerval
{
struct timeval it_interval;
struct timeval it_value;
};
it_interval成員表示間隔計數器的初始值，而it_value成員表示間隔計數器的當前值。
2.獲得當前時間
在所有的UNIX下，都有個time()的函式
time_t time(time_t *t);
這個函式會傳回從epoch開始計算起的秒數，如果t是non-null，它將會把時間值填入t中。
對某些需要較高精準度的需求，Linux提供了gettimeofday()。
int gettimeofday(struct timeval * tv,struct timezone *tz);
int settimeofday(const struct timeval * tv,const struct timezone *tz);
struct tm格式時間函式
struct tm * gmtime(const time_t * t);
轉換成格林威治時間。有時稱為GMT或UTC。
struct tm * localtime(const time_t *t);
轉換成本地時間。它可以透過修改TZ環境變數來在一臺機器中，不同使用者表示不同時間。
time_t mktime(struct tm *tp);
轉換tm成為time_t格式，使用本地時間。
tme_t timegm(strut tm *tp);
轉換tm成為time_t格式，使用UTC時間。
double difftime(time_t t2,time_t t1);
計算秒差。
3.文字時間格式函式
char * asctime(struct tm *tp);
char * ctime(struct tm *tp);
這兩個函式都轉換時間格式為標準UNIX時間格式。
Mon May 3 08:23:35 1999
ctime一率使用當地時間，asctime則用tm結構內的timezone資訊來表示。
size_t strftime(char *str,size_t max,char *fmt,struct tm *tp);
strftime有點像sprintf，其格式由fmt來指定。
%a : 本第幾天名稱，縮寫。
%A : 本第幾天名稱，全稱。
%b : 月份名稱，縮寫。
%B : 月份名稱，全稱。
%c : 與ctime/asctime格式相同。
%d : 本月第幾日名稱，由零算起。
%H : 當天第幾個小時，24小時制，由零算起。
%I : 當天第幾個小時，12小時制，由零算起。
%j : 當年第幾天，由零算起。
%m : 當年第幾月，由零算起。
%M : 該小時的第幾分，由零算起。
%p : AM或PM。
%S : 該分鐘的第幾秒，由零算起。
%U : 當年第幾，由第一個日開始計算。
%W : 當年第幾，由第一個一開始計算。
%w : 當第幾日，由零算起。
%x : 當地日期。
%X : 當地時間。
%y : 兩位數的年份。
%Y : 四位數的年份。
%Z : 時區名稱的縮寫。
%% : %符號。
char * strptime(char *s,char *fmt,struct tm *tp);
如同scanf一樣，解譯字串成為tm格式。
%h : 與%b及%B同。
%c : 讀取%x及%X格式。
%C : 讀取%C格式。
%e : 與%d同。
%D : 讀取%m/%d/%y格式。
%k : 與%H同。
%l : 與%I同。
%r : 讀取"%I:%M:%S %p"格式。
%R : 讀取"%H:%M"格式。
%T : 讀取"%H:%M:%S"格式。
%y : 讀取兩位數年份。
%Y : 讀取四位數年份。
下面舉一個小例子，說明如何獲得系統當前時間：
time_t now;
struct tm *timenow;
char strtemp[255];
time(&now);
timenow = localtime(&now);
printf("recent time is : %s \n", asctime(timenow))