Linux多線程編程講解之系列八__html5

條件變數詳解

在 上一篇文章結束時，我描述了一個比較特殊的難題：如果線程正在等待某個特定條件發生，它應該如何處理這種情況。它可以重複對互斥對象鎖定和解鎖，每次都會檢查共用資料結構，以尋找某個值。但這是在浪費時間和資源，而且這種繁忙查詢的效率非常低。解決這個問題的最佳方法是使用 pthread_cond_wait() 調用來等待特殊條件發生。

瞭解 pthread_cond_wait() 的作用非常重要 -- 它是 POSIX 線程訊號發送系統的核心，也是最難以理解的部分。

首先，讓我們考慮以下情況：線程為查看已連結清單而鎖定了互斥對象，然而該列表恰巧是空的。這一特定線程什麼也幹不了 -- 其設計意圖是從列表中除去節點，但是現在卻沒有節點。因此，它只能：

鎖定互斥對象時，線程將調用 pthread_cond_wait(&mycond,&mymutex)。pthread_cond_wait() 調用相當複雜，因此我們每次只執行它的一個操作。

pthread_cond_wait() 所做的第一件事就是同時對互斥對象解鎖（於是其它線程可以修改已連結清單），並等待條件 mycond 發生（這樣當 pthread_cond_wait() 接收到另一個線程的“訊號”時，它將蘇醒）。現在互斥對象已被解鎖，其它線程可以訪問和修改已連結清單，可能還會添加項。

此時，pthread_cond_wait() 調用還未返回。對互斥對象解鎖會立即發生，但等待條件 mycond 通常是一個阻塞操作，這意味著線程將睡眠，在它蘇醒之前不會消耗 CPU 週期。這正是我們期待發生的情況。線程將一直睡眠，直到特定條件發生，在這期間不會發生任何浪費 CPU 時間的繁忙查詢。從線程的角度來看，它只是在等待 pthread_cond_wait() 調用返回。

現在繼續說明，假設另一個線程（稱作“2 號線程”）鎖定了 mymutex 並對已連結清單添加了一項。在對互斥對象解鎖之後，2 號線程會立即調用函數 pthread_cond_broadcast(&mycond)。此操作之後，2 號線程將使所有等待 mycond 條件變數的線程立即蘇醒。這意味著第一個線程（仍處於 pthread_cond_wait() 調用中）現在將蘇醒。

現在，看一下第一個線程發生了什麼。您可能會認為在 2 號線程調用 pthread_cond_broadcast(&mymutex) 之後，1 號線程的 pthread_cond_wait() 會立即返回。不是那樣。實際上，pthread_cond_wait() 將執行最後一個操作：重新鎖定 mymutex。一旦 pthread_cond_wait() 鎖定了互斥對象，那麼它將返回並允許 1 號線程繼續執行。那時，它可以馬上檢查列表，查看它所感興趣的更改。 停止並回顧。

那個過程非常複雜，因此讓我們先來回顧一下。第一個線程首先調用：

1	pthread_mutex_lock(&mymutex);

然後，它檢查了列表。沒有找到感興趣的東西，於是它調用：

1	pthread_cond_wait(&mycond, &mymutex);

然後，pthread_cond_wait() 調用在返回前執行許多操作：

1	pthread_mutex_unlock(&mymutex);

它對 mymutex 解鎖，然後進入睡眠狀態，等待 mycond 以接收 POSIX 線程“訊號”。一旦接收到“訊號”（加引號是因為我們並不是在討論傳統的 UNIX 訊號，而是來自 pthread_cond_signal() 或 pthread_cond_broadcast() 調用的訊號），它就會蘇醒。但 pthread_cond_wait() 沒有立即返回 -- 它還要做一件事：重新鎖定 mutex：

1	pthread_mutex_lock(&mymutex);

pthread_cond_wait() 知道我們在尋找 mymutex “背後”的變化，因此它繼續操作，為我們鎖定互斥對象，然後才返回。 pthread_cond_wait() 小測驗

現在已回顧了 pthread_cond_wait() 調用，您應該瞭解了它的工作方式。應該能夠敘述 pthread_cond_wait() 依次執行的所有操作。嘗試一下。如果理解了 pthread_cond_wait()，其餘部分就相當容易，因此請重新閱讀以上部分，直到記住為止。好，讀完之後，能否告訴我在調用 pthread_cond_wait() 之 前，互斥對象必須處於什麼狀態。pthread_cond_wait() 調用返回之後，互斥對象處於什麼狀態。這兩個問題的答案都是“鎖定”。既然已經完全理解了 pthread_cond_wait() 調用，現在來繼續研究更簡單的東西 -- 初始化和真正的發送訊號和廣播進程。到那時，我們將會對包含了多線程工作隊列的 C 代碼了如指掌。 初始化和清除

條件變數是一個需要初始化的真實資料結構。以下就初始化的方法。首先，定義或分配一個條件變數，如下所示：