219-C++多线程(条件变量)

操作1（不加线程）

操作2（引入多线程）

打印的结果不是我们想要的！
这里造成结果混乱的原因是什么？
原因是：并发执行，多线程抢占资源。
这是一种异步执行方案。当我们程序链接编译通过之后，我们从主函数开始执行，我们将分配相应的内存区域（用户空间区）：代码区，数据区，堆区，栈区。主函数运行，主线程产生，我们在这里定义一个数组，定义5个对象，但是这些对象没有被初始化，不是我们真正意义上的线程对象，是不可被执行。我们在for循环中，依次初始化线程对象，分配相对应的栈帧空间和线程信息。建立这5个线程之后，这5个线程的执行顺序我们不能控制。我们不知道谁会先执行。5个线程是共享同一个屏幕。先调动哪个线程，哪个线程先打印到屏幕。也有可能是第一个线程调动执行，有可能在输出字符A的时候时间片到了，从执行变为就绪，或者因为其他什么原因，变为阻塞了。其他的线程调动执行先打印到屏幕上了。
所以打印的是乱序！

操作3（对多线程进行添加互斥量）
我们希望这5个线程在打印时，不进行相互侵占。

这样执行，会不会出现打印

这种情况?
答案是不会的！因为锁只有一把！！！共享的是同一把锁，如果一个线程获得锁，全部打印之后才结束释放锁，其他线程在此期间获取不到锁，阻塞着。
运行程序！

仍然是异步方向，只是我们加锁了。同步方式是要有次序感！！！
操作4（改变加锁解锁的位置）

这种就会出现打印下面这种情况（这种可能性是有的）（其他线程可能会抢占到这把锁）

操作5（改变加锁解锁的位置）

有可能出现

体现加锁的粒度！

锁的粒度越小，并发性越强，耗的资源越多！（都要加锁，都要消耗资源）

我们在加锁，可能老忘记释放锁，我们用锁的管理来处理（相当于智能指针的概念），唯一性锁，当我们进入函数，要创建对象，调动构造函数，构造函数里面我们调动g_mtx.lock()，加锁，函数结束，从函数退出，局部对象的生存期到了，调动析构函数，析构函数里面有解锁操作。

如果加的是普通锁，第一个线程调动funa，加锁。第二个线程调动funa，就阻塞住。递归锁：只要我这个函数获得锁，不管调动多少次，都可以获得锁，执行下去。

条件变量

条件变量是进行线程同步的有利工具！

生产者和消费者例子（条件变量和互斥量）

我们先来看看
我们让生产者生产10次，消费者消费10次。
我们要让线程同步执行。
无论生产者在前还是消费者在前，让生产者先生产数据，消费者再打印数据，打印完告诉生产者已经取得一个数据，生产者再接着再生产数据。我们要求生产者和消费者有一定的次序。
单纯靠互斥量，我们完成不了这个事情。
我们所谓的互斥量，只能进行互斥，只能互斥生产者生产的时候消费者不能取，消费者取的时候生产者不能生产。不能控制先生产再消费。
我们必须要引入条件变量！

我们分析一下这段代码。
cv.wait()；的责任：1.把当前线程挂起2.释放互斥量mtx的拥有权（解锁）
我们有3个状态：就绪态，执行态，阻塞态。
我们拿p当做生产者线程，s当做消费者线程。

如果说我们的生产者线程p被调用，p从就绪态跑到执行态。p运行的时候，进入函数，获得锁，如果这个锁没有被其他线程获得，p就获得锁，进入到for循环，条件变量获得这个锁，等待函数把这个生产者线程挂起到阻塞队列中，是由条件变量标识的阻塞队列，并且释放互斥锁的拥有权。

锁释放掉了。我们的s消费者线程，开始执行程序，由就绪态到执行态，这个锁已经被释放，s线程获得锁，进入for循环，处于等待，把消费者s线程挂起到阻塞态，释放锁的拥有权。现在p和s线程都挂起，锁释放掉了。我们得看能否收到一个唤醒（条件变量的消息通知），我们把线程唤起，如果没有消息通知，这两个线程一直在阻塞态，形成死锁。但是形成死锁很困难，因为有虚假唤醒。条件变量上可能会有其他的人发起唤醒。
我们运行程序

处于互相地等待中。处于死锁的过程。
我们增加代码，更易观察。

运行程序

我们看见生产者线程在运行，消费者线程在运行。
我们采取虚假唤醒一下。

出现这个情况的原因是我们得让主线程先睡眠一下。

如果想达到线程的同步，要互斥量和条件变量，还有全局变量！

我们现在有3种状态：就绪，执行，阻塞。
我们创建了2个线程：生产者线程，消费者线程。
我们程序走的时候，比如说，我们消费者先运行，消费者从就绪到达执行状态，打印消费者线程运行的字符串，然后获得锁，向下走，进入到for循环，if为真，进入if内部，执行wait，把当前线程从执行态放入到阻塞态，把线程挂起在条件变量的阻塞队列上，第二步把互斥锁释放掉。我们的消费者阻塞了，生产者开始运行了，从就绪态到达执行态，生产者线程向下执行，这个锁被消费者释放了，生产者获得锁，if的变量为假，不执行if，进行生产，并且把值改为真。并且打印生产者生产了的字符串，然后进行唤醒，把阻塞队列的消费者唤醒了，这种可能性有很多：我们的消费者到达了就绪态，但是有可能我们的生产者从运行跳到阻塞，有可能我们的生产者继续运行。
如果我们的第一种情况，我生产者再进入循环，if的变量为真，进入if，进行了wait，阻塞当前线程（生产者），释放锁。现在我们的消费者已经唤醒了，从等待函数返回，它再一次获取互斥量！！！获得锁，如果互斥量的拥有权仍然是别人拥有，会产生异常。我们打印消费了一个值，由真变为假，又进行了一次唤醒，把生产者唤醒。我们的消费者再执行循环，为假了，求反为真，进入if，执行wait，把消费者变为阻塞态，阻塞在条件变量，并且释放了锁。我们的生产者到达了就绪态，获取锁，继续执行下去！

如果第一次执行，创建线程，p生产者线程和s消费者线程都就绪了，我们生产者从就绪态到达运行态，执行程序，为假，不执行wait，进行生产，把全局变量变为真，接着进行唤醒，实际上没有人阻塞，回过来进行生产，全局变量为真，进入if，把自己阻塞，释放互斥锁，消费者开始执行，获取锁，进入到循环，if的变量为假，不进入if，进行消费，把全局变量变为假，唤醒在条件变量上阻塞的生产者p线程，p到达就绪态。我们的消费者回到循环，if的变量为真，进入if，把自己阻塞到条件变量的阻塞队列，释放锁，生产者p被唤醒，从阻塞到就绪态，获取锁，执行，进行生产，把全局变量变为真，唤醒阻塞的s消费者线程，再回到循环，为真，进入if，执行wait，把自己（生产者）阻塞，释放锁。s消费者进入运行态，获取锁。以此类推。保持了原子性。

我们运行程序！

这就是一种同步！！！
但是如果我们不把主函数的唤醒代码屏蔽掉的话。

程序处于不确定状态。
有可能打印乱序。
虚假唤醒：当我们先执行生产者线程，if为真，把生产者线程阻塞，释放锁，应该被消费者唤醒。消费者阻塞应该被生产者唤醒。但是有可能被其他线程如主线程唤醒。

如何解决虚假唤醒？？？

把生产者和消费者的if改为while就可以解决虚假唤醒了！！！
如果这个条件为假，当我们被唤醒，也为假，只有生产完才为真，如果中途被唤醒，则就是虚假的唤醒！

第二个例子（给队列，进行生产和消费）

最多生产5个，满了不能生产。

运行正确！

惊群现象

假如我们的很多线程都处于等待状态，你执行notify_all，唤醒所有线程，但是只有一个线程获得资源，其他线程没有获得资源。