条件变量
本身不是锁！ 但是通常结合锁来使用。 mutex
pthread_cond_t cond;
初始化条件变量：
1. pthread_cond_init(&cond, NULL); 动态初始化。
2. pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER; 静态初始化。
阻塞等待条件：
pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
作用： 1） 阻塞等待条件变量满足
2） 解锁已经加锁成功的信号量 （相当于 pthread_mutex_unlock(&mutex)）
3) 当条件满足，函数返回时，重新加锁信号量 （相当于， pthread_mutex_lock(&mutex);）
pthread_cond_signal(): 唤醒阻塞在条件变量上的 (至少)一个线程。
pthread_cond_broadcast()： 唤醒阻塞在条件变量上的 所有线程。
条件变量相较于 mutex 的优点：
相较于 mutex 而言，条件变量可以减少竞争。
如直接使用 mutex，除了生产者、消费者之间要竞争互斥量以外，消费者之间也需要竞争互斥量，但如果汇聚
（链表）中没有数据，消费者之间竞争互斥锁是无意义的。有了条件变量机制以后，只有生产者完成生产，才会引
起消费者之间的竞争。提高了程序效率。
pthread_cond_wait 函数
条件变量实现生产者消费者模型
代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <pthread.h>
void err_thread(int ret, char *str)
{
if (ret != 0) {
fprintf(stderr, "%s:%s\n", str, strerror(ret));
pthread_exit(NULL);
}
}
struct msg {
int num;
struct msg *next;
};
struct msg *head;
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; // 定义/初始化一个互斥量
pthread_cond_t has_data = PTHREAD_COND_INITIALIZER; // 定义/初始化一个条件变量
void *produser(void *arg)
{
while (1) {
struct msg *mp = malloc(sizeof(struct msg));
mp->num = rand() % 1000 + 1; // 模拟生产一个数据`
printf("--produce %d\n", mp->num);
pthread_mutex_lock(&mutex); // 加锁 互斥量
mp->next = head; // 写公共区域
head = mp;
pthread_mutex_unlock(&mutex); // 解锁 互斥量
pthread_cond_signal(&has_data); // 唤醒阻塞在条件变量 has_data上的线程.
sleep(rand() % 3);
}
return NULL;
}
void *consumer(void *arg)
{
while (1) {
struct msg *mp;
pthread_mutex_lock(&mutex); // 加锁 互斥量
while (head == NULL) {
pthread_cond_wait(&has_data, &mutex); // 阻塞等待条件变量, 解锁
} // pthread_cond_wait 返回时, 重新加锁 mutex
mp = head;
head = mp->next;
pthread_mutex_unlock(&mutex); // 解锁 互斥量
printf("---------consumer id: %lu :%d\n", pthread_self(), mp->num);
free(mp);
sleep(rand()%3);
}
return NULL;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int ret;
pthread_t pid, cid;
srand(time(NULL));
ret = pthread_create(&pid, NULL, produser, NULL); // 生产者
if (ret != 0)
err_thread(ret, "pthread_create produser error");
ret = pthread_create(&cid, NULL, consumer, NULL); // 消费者
if (ret != 0)
err_thread(ret, "pthread_create consuer error");
ret = pthread_create(&cid, NULL, consumer, NULL); // 消费者
if (ret != 0)
err_thread(ret, "pthread_create consuer error");
ret = pthread_create(&cid, NULL, consumer, NULL); // 消费者
if (ret != 0)
err_thread(ret, "pthread_create consuer error");
pthread_join(pid, NULL);
pthread_join(cid, NULL);
return 0;
}
信号量
进化版的互斥锁（1 --> N）应用于线程、进程间同步。 相当于 初始化值为 N 的互斥量。
N值，表示可以同时访问共享数据区的线程数。
背景：
由于互斥锁的粒度比较大，如果我们希望在多个线程间对某一对象的部分数据进行共享，使用互斥锁是没有办
法实现的，只能将整个数据对象锁住。这样虽然达到了多线程操作共享数据时保证数据正确性的目的，却无形中导
致线程的并发性下降。线程从并行执行，变成了串行执行。与直接使用单进程无异。
应用场景：多个线程间对某一对象的部分数据进行共享
函数：
sem_t sem; 定义类型。
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
参数：
sem： 信号量
pshared： 0： 用于线程间同步
1： 用于进程间同步
value：N值。（指定同时访问的线程数）
sem_destroy();
sem_wait(); 一次调用，做一次-- 操作， 当信号量的值为 0 时，再次 -- 就会阻塞。 （对比 pthread_mutex_lock）
sem_post(); 一次调用，做一次++ 操作. 当信号量的值为 N 时, 再次 ++ 就会阻塞。（对比 pthread_mutex_unlock）
信号量相较于 mutex 的优点：
mutex 实现了多个线程的互斥访问，但是为了避免数据混乱，只有一个线程完成了它的任务，其他线程才能执行
多个线程就成了串行执行，从而导致线程并发性下降，线程从并行执行，变成了串行执行。与直接使用单进程无异
信号量，是相对折中的一种处理方式，既能保证同步，数据不混乱，又能提高线程并发。
信号量实现生产者和消费者模型
代码
/*信号量实现 生产者 消费者问题*/
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <semaphore.h>
#define NUM 5
int queue[NUM]; //全局数组实现环形队列
sem_t blank_number, product_number; //空格子信号量, 产品信号量
void *producer(void *arg)
{
int i = 0;
while (1) {
sem_wait(&blank_number); //生产者将空格子数--,为0则阻塞等待
queue[i] = rand() % 1000 + 1; //生产一个产品
printf("----Produce---%d\n", queue[i]);
sem_post(&product_number); //将产品数++
i = (i+1) % NUM; //借助下标实现环形
sleep(rand()%1);
}
}
void *consumer(void *arg)
{
int i = 0;
while (1) {
sem_wait(&product_number); //消费者将产品数--,为0则阻塞等待
printf("-Consume---%d\n", queue[i]);
queue[i] = 0; //消费一个产品
sem_post(&blank_number); //消费掉以后,将空格子数++
i = (i+1) % NUM;
sleep(rand()%3);
}
}
int main(int argc, char *argv[])
{
pthread_t pid, cid;
sem_init(&blank_number, 0, NUM); //初始化空格子信号量为5, 线程间共享 -- 0
sem_init(&product_number, 0, 0); //产品数为0
pthread_create(&pid, NULL, producer, NULL);
pthread_create(&cid, NULL, consumer, NULL);
pthread_join(pid, NULL);
pthread_join(cid, NULL);
sem_destroy(&blank_number);
sem_destroy(&product_number);
return 0;
}
