淺析pthread_cond_wait

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條件變數是利用線程間共用的全域變數進行同步的一種機制，主要包括兩個動作：一個線程等待"條件變數的條件成立"而掛起；另一個線程使"條件成立"（給出條件成立訊號）。為了防止競爭，條件變數的使用總是和一個互斥鎖結合在一起。

一 pthread_cond_wait定義：

函數原型：int   pthread_cond_wait(pthread_cond_t   *cond,   pthread_mutex_t   *mutex)  

參數: cond 條件變數  mutex 互斥鎖

第一個參數*cond是指向一個條件變數的指標。第二個參數*mutex則是對相關的互斥鎖的指標。

二 pthread_cond_wait樣本理解

pthread_cond_wait的機制比較難裡理解，是條件變數中重要的成分。條件變數用於線程間同步，那麼pthread_cond_wait必須和互斥鎖同時作用在一個線程裡，它同時起到對資源的加鎖和解鎖，看下面的樣本：

程式建立了2個新線程使他們同步運行，實現進程t_b列印9以內3的倍數，t_a列印其他的數，程式開始線程t_b不滿足條件等待，線程t_a運行使a迴圈加1並列印。直到i為3的倍數時，線程t_a發送訊號通知進程t_b，這時t_b滿足條件，列印i值。

 1 #include<pthread.h> 2 #include<unistd.h> 3 #include<stdio.h> 4 #include<stdlib.h> 5  6 pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;/*初始化互斥鎖*/ 7 pthread_cond_t  cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;//init cond 8  9 void *thread1(void*);10 void *thread2(void*);11 12 int i = 1; //global13 14 int main(void){15     pthread_t t_a;16     pthread_t t_b;//two thread17 18     pthread_create(&t_a,NULL,thread2,(void*)NULL);19     pthread_create(&t_b,NULL,thread1,(void*)NULL);//Create thread20 21     pthread_join(t_b,NULL);//wait a_b thread end22     pthread_mutex_destroy(&mutex);23     pthread_cond_destroy(&cond);24    exit(0);25 }26 27 void *thread1(void *junk){28     for(i = 1;i<= 9; i++){29         pthread_mutex_lock(&mutex); //互斥鎖30         printf("call thread1 \n");31         if(i%3 == 0)32             pthread_cond_signal(&cond); //send sianal to t_b33         else34             printf("thread1: %d\n",i);35         pthread_mutex_unlock(&mutex);36         sleep(1);37     }38 }39 40 void *thread2(void*junk){41     while(i < 9)42     {43         pthread_mutex_lock(&mutex);44         printf("call thread2 \n");45         if(i%3 != 0)46             pthread_cond_wait(&cond,&mutex); //wait47          printf("thread2: %d\n",i);48         pthread_mutex_unlock(&mutex);49         sleep(1);50     }51 }                                    

View Code

輸出：
call thread2

call thread1

thread1: 1

call thread1

thread1: 2

call thread1

thread2: 3

call thread1

thread1: 4

call thread2

call thread1

thread1: 5

call thread1

thread2: 6

call thread1

thread1: 7

call thread2

call thread1

thread1: 8

call thread1

thread2: 9

樣本的解釋：

call thread2：是線程2即t_b首先上鎖，即
pthread_mutex_lock(&mutex);鎖住了mutex使得此進程執行線程2中的臨界區的代碼，當執行到45行：if(i%3
!= 0)，此時i=1,滿足此條件，則執行46行： pthread_cond_wait(&cond,&mutex);
這句是關鍵，pthread_cond_wait(&cond,&mutex)操作有兩步，是原子操作：第一
解鎖，先解除之前的pthread_mutex_lock鎖定的mutex；第二
掛起，阻塞並在等待對列裡休眠，即線程2掛起，直到再次被喚醒，喚醒的條件是由pthread_cond_signal(&cond);發出的
cond訊號來喚醒。

call thread1:由於pthread_cond_wait已經對線程2解鎖，此時另外的線程只有線程1，那麼線程1對mutex上鎖，若這時有多個線程，那麼線程間上鎖的順序和作業系統有關。

thread1: 1：線程1上鎖後執行臨界區的代碼，當執行到if(i%3 ==
0)此時i=1,不滿足條件，則pthread_cond_signal(&cond);不被執行，那麼線程2仍處於掛起狀態，輸出
thread1: 1後線程1由pthread_mutex_unlock(&mutex);解鎖。

thread1:
2：這時此進程中只有2個線程，線程2處於掛起狀態，那麼只有線程1,則線程1又對mutex上鎖，此時同樣執行臨界區的代碼，而且i=2,不滿足條
件，pthread_cond_signal(&cond);不被執行，那麼線程2仍處於掛起狀態，輸出thread1:
1後線程1由pthread_mutex_unlock(&mutex);解鎖。

call
thread1：同樣由線程1上鎖，但此時i=3,滿足條件pthread_cond_signal(&cond)被執行，那麼
pthread_cond_signal(&cond)會發出訊號，來喚醒處於掛起的線程2。pthread_cond_signal同樣由兩個
原子操作：1,解鎖;2,發送訊號;解鎖即對線程1解鎖，解除對mutex的上鎖。發送訊號，即給等待signal掛起的線程2發送訊號，喚醒掛起的線程
2。

thread2:
3：由於pthread_cond_signal喚醒了線程2,即i=3滿足條件，pthread_cond_wait(&cond,&
mutex);被執行，那麼pthread_cond_wait(&cond,&mutex)此時也有一步操作：上鎖;即對線程2上鎖，
此時的pthread_cond_wait(&cond,&mutex)的操作相當與
pthread_mutex_lock(&mutex);那麼線程2繼續執行上鎖後的臨界區的代碼，並由
pthread_mutex_unlock(&mutex);對線程2進行解鎖。

剩下的輸出原理和上面解釋的一樣。

縱觀pthread_cond_wait，它的理解不可之把它看作一個簡單的wait函數，它裡面應該是一族函數，不同的函數在不同的條件下執行，理解pthread_cond_wait的機制可以很好的學習條件變數。