Linux的鎖和條件變數用法 | pthread_mutex_lock | pthread_cond_signal

本篇預設讀者已經清楚多線程中的鎖、互斥鎖、條件變數基本概念及作用，本篇只講怎麼在C++裡編程調用。互斥鎖很簡單，條件變數（多用於生產者-消費者模型）則細節較多，本文主要說它。

主要涉及函數

#include<pthread.h>

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mptr); //互斥鎖加鎖

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mptr); //互斥鎖解鎖

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cptr); //條件變數生產

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cptr,pthread_mutex_t *mptr); //條件變數消費

1.互斥鎖

互斥鎖是要所有人搶一樣東西，一個人用完之前其他人都得等著。

1）mutex_lock是阻塞加鎖，即如果mptr已經被lock則等待，直到mptr被解鎖。如果不希望阻塞等待，而是立即返回是否加鎖成功，則使用pthread_mutext_trylock()，其傳回值表示否加鎖成功。

2）mutex_unlock是解鎖。如果此時鎖本身就是unlocked，有可能返回錯誤碼，也可能正常返回。取決於基礎庫的具體實現。

2.條件變數

條件變數是要兩個人相互配合，某個事情必須A做完，B才能做（比如A負責隊列插入，B負責從隊列取出）。正確的順序是B先cond_wait()睡個覺，A做完，發個cond_signal()，B被喚醒繼續工作。

這裡一定要注意三點：

1）cond_signal() 不計數，僅喚醒一個cond_wait()，如果此時沒有cond_wait()則它什麼都不做！

所以要達到我們希望的效果必須B先cond_wait()，A再cond_signal()。若反過來則A的cond_signal()什麼都沒做，B則永遠睡眠。而實際使用中保證次序肯定是開玩笑，所以需要自己維護一個計數變數count，表示當前堆積了多少A產出的產品。B在cond_wait()前先檢查count是否為0，只有在count為0時才cond_wait()等待A，否則直接執行後面代碼不做cond_wait()。這樣A在count==0之前所做的空操作cond_signal()會以count++的形式儲存下來影響B。

2）cond_wait()實際上會執行三個子操作： unlock(mutex), real_wait(), lock(mutex)

所以cond_wait()函數有兩個參數，一個cond鎖，一個互斥鎖。cond_wait()的標準用法是：

   pthread_mutex_lock(mutex);

   pthread_cond_wait(); //此時先解開mutex鎖，進入等待....被喚醒後再加上互斥鎖

   count--; //do Something ...

   unlock(mutex);

猛地一看好像會死結（mutex_lock()後就wait()了）, 其實在真正等待前mutex已經被解開了，只不過喚醒後mutex又重新被鎖上。

3）大殺器：即使沒有cond_signal()，cond_wait() 也有可能因其它原因被喚醒

沒有具體的解釋，要淡定，乖乖的在判斷count == 0時不用if，改用while。

樣本程式：

static bool alive = true;

static int count = 0;

pthread_mutex_t mutex;

pthread_cond_t cond;

void producer()

{

      pthread_mutex_lock(&mutex);  //加互斥鎖

      //...do something here, queue.insert() ...or create something...

      count++;

      pthread_cond_signal(&cond);  //喚醒wait()，如果沒有wait則什麼都不做

      pthread_mutex_lock(&mutex); //解互斥鎖

}

void consumer()

{

      pthread_mutex_lock(&mutex);//加互斥鎖

      while(alive && 0 == count) {   //僅在count == 0 時才wait，而且是while()不是if()

            pthread_cond_wait(&cond, &mutex);  //內部先解互斥鎖才睡眠，等喚醒後自動加回互斥鎖。

      }

      //... do something here, queue.get() ... or use & delete something

      count --;

      pthread_mutex_lock(&mutex);//解互斥鎖

}