條件變量（condition variable）

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 線程間的同步與互斥技術(shù)，主要以互斥鎖和條件變量為主，條件變量和互斥所的配合使用可以很好的處理對(duì)于條件等待的線程間的同步問(wèn)題。舉個(gè)例子：消費(fèi)者和生產(chǎn)者問(wèn)題。

 消費(fèi)者與生產(chǎn)者最基本的關(guān)系是服務(wù)與被服務(wù)的關(guān)系，但是在線程同步與互斥中強(qiáng)調(diào)的是兩者訪問(wèn)資源的關(guān)系。首先生產(chǎn)與消費(fèi)的關(guān)系為：同步與互斥，生產(chǎn)與生產(chǎn)的關(guān)系為：互斥，消費(fèi)與消費(fèi)的關(guān)系為：互斥。所以維護(hù)這三種關(guān)系的有兩類人：生產(chǎn)者與消費(fèi)者。并且生產(chǎn)數(shù)據(jù)與消費(fèi)數(shù)據(jù)必須有場(chǎng)所。

所以將其簡(jiǎn)述為三種關(guān)系兩類人一個(gè)場(chǎng)所(當(dāng)然這里的場(chǎng)所并不是只能有一個(gè)，可以是多樣的)。

介紹條件變量的幾個(gè)函數(shù)：

  1.定義一個(gè)條件變量

     pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

  2.初始化條件變量（當(dāng)定義沒(méi)初始化時(shí)）

     int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,

              const pthread_condattr_t *restrict attr);

  3.銷毀條件變量     

      int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond)

舉一個(gè)單個(gè)消費(fèi)者與單個(gè)生產(chǎn)者問(wèn)題：

  1 #include<stdio.h>
  2 #include<pthread.h>
  3 #include<assert.h>
  4 #include<stdlib.h>
  5 pthread_cond_t cond;
  6 typedef int data_type;
  7 pthread_mutex_t lock=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
  8 void push_node(data_type data);
  9 int pop_node();
 10 void* producter(void* arg)
 11 {
 12     data_type i=0;
 13     while(1)
 14    {
 15       pthread_mutex_lock(&lock);
 16       i++;
 17       push_node(i);
 18       sleep(2);
 19       pthread_mutex_unlock(&lock);
 20       printf("product done......\n");
 21       sleep(2);
 22       pthread_cond_signal(&cond);
 23       sleep(2);
 25     }
 26 
 27 }
 28 void *consumer(void* arg)
 29 {
 30     data_type res=-1;
 31    while(1)
 32    {
 33       pthread_mutex_lock(&lock);
 34       while(-1==pop_node(&res))
 35         {
 36          pthread_cond_wait(&cond,&lock);
 37          }
 38         res=pop_node(&res);
 39         printf("consumer data: %d\n",res);
 40         sleep(2);
 41         pthread_mutex_unlock(&lock);
 44         pthread_cond_signal(&cond);
 45         sleep(2);
 46 
 47     }
 48 
 49 }
 50 
 51 typedef struct _node
 52 {
 53  data_type    _data;
 54  struct _node* _next;
 55 }node, *node_p,**node_pp;
 56 
 57 node_p head=NULL;
 58  static node_p buy_node(data_type data)
 59 {
 60    node_p tmp=malloc(sizeof(node));
 61    if(tmp==NULL)
 62      {
 63        printf("malloc failed\n");
 64 
 65       }
 66      tmp->_data=data;
 67      tmp->_next=NULL;
 68      return tmp;
 69 }
 71 void init_list(node_pp phead)
 72 {
 73      *phead=buy_node(0);
 74 }
 75 
 76 void push_node(data_type data)
 77 {
 78   
 79    if(head->_next==NULL)
 80        head->_next=buy_node(data);
 81    else{
 82      node_p tmp=buy_node(data);
 83      tmp->_next=head->_next;
 84      head->_next=tmp;
 85      }
 86 }
 87 
 88 
 89 int pop_node(data_type *data)
 90 { data_type ret=0;
 91  
 92   if(head->_next==NULL)
 93       return *data;
      else{
 95    node_p tmp=head->_next;
 96    head->_next=tmp->_next;
 97    *data=tmp->_data;
 98   free(tmp);
 99    }
100   return *data;
101 }
102 int main()
103 {
104 
105   init_list(&head);
106   pthread_cond_init(&cond,NULL);
107   pthread_mutex_init(&lock,NULL);
108   pthread_t tid1,tid2;
109   pthread_create(&tid1,NULL,producter,NULL);
110   pthread_create(&tid2,NULL,consumer,NULL);
111   pthread_join(tid1,NULL);
112   pthread_join(tid2,NULL);
113   pthread_cond_destroy(&cond);
114   pthread_mutex_destroy(&lock);
115   return 0;                                                           
       }

運(yùn)行結(jié)果：

結(jié)果分析：

生產(chǎn)者生產(chǎn)出一個(gè)數(shù)據(jù)之后消費(fèi)者才能消費(fèi)，當(dāng)鏈表里沒(méi)有數(shù)據(jù)時(shí)，消費(fèi)者就等待對(duì)應(yīng)的條件變量和鎖，直到他們被釋放消費(fèi)者才能進(jìn)去消費(fèi)。

擴(kuò)展：多消費(fèi)者與多生產(chǎn)者問(wèn)題

 10 pthread_mutex_t plock=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
 11 pthread_mutex_t conlock=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
 12 void push_node(data_type data);
 13 int pop_node();
 14 void* producter(void* arg)
 15 {
 16     data_type i=0;
 17     while(1)
 18    {  sem_wait(&sem_product);
 19       pthread_mutex_lock(&plock);
 20       i++;
 21       push_node(i);
 22       sleep(2);
 23       pthread_mutex_unlock(&plock);
 24       sem_post(&sem_consume);
 25       printf("product done......\n");
 26        sleep(2);
 27      pthread_cond_signal(&cond);
 28       sleep(2);
 29 
 30     }
 31 
 32 }
 33 void *consumer(void* arg)
 34 {
 35     data_type res=-1;
 36    while(1)
 37    {
 38       sem_wait(&sem_consume);
 39       pthread_mutex_lock(&conlock);
 40       while(-1==pop_node(&res))
 41         {
 42          pthread_cond_wait(&cond,&plock);
 43          }
 44         res=pop_node(&res);
 45         printf("consumer data: %d\n",res);
 46         sleep(2);
 47         pthread_mutex_unlock(&conlock);
 48 
 49         sem_post(&sem_product);
 50 
 51         pthread_cond_signal(&cond);
 52 
 53         sleep(2);
 54 
 55     }

  再來(lái)引入一概念：POSIX版本下的信號(hào)量-semaphore

  這個(gè)信號(hào)量也相當(dāng)于一個(gè)計(jì)數(shù)器，記錄當(dāng)前資源的數(shù)量。其進(jìn)行的是PV 操作。

  有關(guān)于信號(hào)量的函數(shù)：

 sem_t sema;//定義一個(gè)信號(hào)量

 int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);//初始化信號(hào)量

 int sem_destroy(sem_t *sem);//銷毀信號(hào)量

 

例子：

  定義一個(gè)環(huán)形buf讓生產(chǎn)者生產(chǎn)數(shù)據(jù)，消費(fèi)者消費(fèi)數(shù)據(jù)，生產(chǎn)者不能將消費(fèi)者套圈，消費(fèi)者也不能超過(guò)消費(fèi)者。

  1 #include<stdio.h>

  2 #include<semaphore.h>

  3 #include<pthread.h>

  4 #define _SIZE_  20

  5 sem_t blank;

  6 sem_t data;

  7 int buf[_SIZE_];

  8 void *product(void*arg)

  9 {

 10    int index=0;

 11    int count=0;

 12    while(1)

 13    {

 14      sem_wait(&blank);//申請(qǐng)格子

 15      buf[index]=count++;

 16      sem_post(&data);//釋放數(shù)據(jù)

 17      sleep(10);

 18      index++;

 19      index%=_SIZE_;

 20    }

    }

 25 void* consume(void* arg)

 26 {

 27   int index=0;

 28   int count=0;

 29   while(1)

 30   {

 31      sem_wait(&data);//申請(qǐng)數(shù)據(jù)

 32      count=buf[index];

 33      printf("consume data:  %d\n",count);

 34      sem_post(&blank);//釋放格子

 35      sleep(5);

 36      index++;

 37      index%=_SIZE_;

 38   }

 41 }

 42 int main()

 43 {

 44   pthread_t tid1,tid2;

 45   pthread_create(&tid1,NULL,product,NULL);

 46   pthread_create(&tid2,NULL,consume,NULL);

 47   sem_init(&blank,0,_SIZE_);//有20個(gè)格子的數(shù)量

 48   sem_init(&data,0,0);

 49   pthread_join(tid1,NULL);

 50   pthread_join(tid2,NULL);

 51   sem_destroy(&blank);

 52   sem_destroy(&data);

 53   return 0;

 54 }

   程序分析：    這個(gè)程序就滿足上述條件，生產(chǎn)者不會(huì)將消費(fèi)者套圈，因?yàn)樾盘?hào)量在記錄格子的數(shù)量，同樣的消費(fèi)者也不會(huì)超過(guò)生產(chǎn)者，因?yàn)橄M(fèi)的時(shí)候數(shù)據(jù)在減少。                                                    

網(wǎng)站標(biāo)題：線程同步與互斥之條件·變量
網(wǎng)頁(yè)路徑：http://aaarwkj.com/article12/pjcsgc.html

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