条件变量(condition variable)详解
原理:
假设我们需要解决这样一个问题:一个列表记录需要处理的任务。一个线程往此列表添加任务,一个线程processTask处理此列表中的任务。这个问题的一个关键点在于processTask怎么判断任务列表不为空。一般有两种方法: **一. processTask线程不断查询任务列表是否为空。****二. 当列表不为空的时候,通知processTask处理相关任务。**第一种方法往往是在一个while循环中判断列表是否为空,如果为空则睡眠一段时间,如果不为空那么把任务取出来并加以处理。此方案需要一个睡眠时间的平衡点如果睡眠时间太长,任务得不到及时的处理,降低效率。如果睡眠时间过短占用CPU资源,却什么都不做,浪费CPU做其它事情的时间。第二种方法就比较靠谱了,只有当列表不为空的时候才占用CPU的时间,其它时间什么都不做除了睡觉(线程挂起)。此方案就是我们所说的条件变量(condition variable)。 一般条件变量(condition variable)和互斥量结合使用。条件变量(condition variable)用途线程间资源的同步,互斥量(mutex)用途资源的互斥(唯一访问)。 一个通俗易懂的例子: 你上厕所的时候,条件变量告诉你厕所是否为空位,有空位你上,没空位你看着别人上。有空位的时候你不可能跟别人一起吧,所以你得给卫生间上锁也就是互斥量了。 例:
bool bathroomEmpty = false;pthread_t tid;pthread_cond_t cond;pthread_mutex_t mutex;void* takeAleak(void *) {pthread_mutex_lock(&mutex);while (!bathroomEmpty) pthread_cond_wait(&cond, &mutex);// do whatever you wantpthread_mutex_unlock(&mutex);}void main() {pthread_mutex_lock(&mutex);// bathromm is empty now.bathroomEmpty = true;pthread_mutex_unlock(&mutex);// tell somebodypthread_cond_signal(&cond);return 0;}
有些人不禁会问为什么要while (!bathroomEmpty), 而不用if (!bathroomEmpty)呢?那是因为当你醒过来后,发现厕所已经被占了,那么你还得继续等。pthread_cond_signal(&cond),可不可以放入pthread_mutex_unlock(&mutex)之前呢,答案是肯定的,只要保证通知别人的时候厕所已经空了。之前我们已经说了,你醒过来的时候厕所可能已经被占了,那么如何能保证你在醒来的时候厕所还是空的呢,那就把pthread_cond_signal(&cond)放在pthread_mutex_unlock(&mutex)之前吧。可能你已经发现了,pthread_cond_wait()函数还需要将mutex变量传入。是的,pthread_cond_wait()函数在等待之前会把互斥锁打开,以便其它线程向任务表里面添加任务。在等到任务后再加上锁。如果不把互斥锁打开,那么线程将永远等不到任务,加上了锁,其它线程就没法往任务列表里面添加任务了,因为其它线程添加任务的时候需要拥有锁。
broadcast(&cond), 与signal(&cond)的区别
顾名思义pthread_cond_broadcast唤醒所有的线程,pthread_cond_signal唤醒一个线程。你等待上厕所的同时也有其它人在等待,pthread_cond_signal通知你们其中的一人,pthread_cond_broad_cast通知你们所有人。当所有人被通知又只有一个空位的时候,你们所有人蜂拥而上,当然只能有一个人抢到空位,其它人继续等。这就是为什么要用while (!bathroomEmpty),而非if (!bathroomEmpty) 的原因了。当一个的人时候,其它人并不知道,所以不会发生通知所有人的竞态条件。当只有一个空位的时候用pthread_cond_broad_cast,当有多个空位的时候用pthread_cond_broadcast。遗憾没有通知具体人数的函数。
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