Linux网络编程之POSIX条件变量-生产者消费者问题

上一篇文章总结了POSIX信号量与互斥锁的内容，接下来学习条件变量的相关知识，主要有以下内容：条件变量、条件变量函数、条件变量使用规范以及使用条件变量解决生产者消费者问题。

1.条件变量

（1）当一个线程互斥地访问某个变量时，它可能发现在其他线程改变状态之前，它什么也做不了。
例如一个线程访问队列时，发现队列为空，它只能等待，直到其他线程将一个节点添加到队列中。这种情况就需要用到条件变量。

（2）再举一个例子：
1）假设有两个线程同时访问一个全局变量n，这个全局变量的初始值为0；
2）这个时候一个线程进入临界区—>对互斥量进行加锁操作—>访问变量n，但是该线程访问n有个前提条件就是n的值必须大于0。所以，该线程就要等待n大于0这个条件…
3）另外一个线程同样进入临界区—>修改n的变量，使得n>0—>通知等待线程—>退出临界区。

但是这里有一个问题，就是当一个线程进入临界区之后，其他线程就进入不了临界区了，那么第二个线程就没法改变n>0这个条件以满足第一个线程的运行条件。f

（3）针对该问题，解决办法就是使用条件变量。

2.条件变量函数

pthread_cond_init：初始化一个条件变量
pthread_cond_destroy：销毁一个条件变量
pthread_cond_wait：在一个条件之上等待
pthread_cond_signal：当条件满足的时候，向等待条件的第一个线程发起通知
pthread_cond_broadcast：向等待的所有线程发起通知

条件变量通常要跟互斥锁一起使用，当等待条件的时候对该互斥锁进行解锁操作，以便其它线程能够进入到临界区。

3.条件变量使用规范

（1）等待条件代码

ptherad_mutex_lock(&mutex);
while(条件为假)
    pthread_cond_wait(cond, mutex);
修改条件
pthread_mutex_unlock(&mutex);

（2）给条件发送信号代码

pthread_mutex_lock(&mutex);
设置条件为真
pthread_cond_signal(cond);
pthread_mutex_unlock(&mutex);

4.使用条件变量解决生产者消费者问题

使用条件变量改进生产者消费者问题与上一篇文章使用POSIX信号量和互斥锁实现的模式类型。

（1）首先，同样先定义一些全局变量：生产者和消费者个数，以及互斥锁和条件变量等：
…
pthread_mutex_t g_mutex;
pthread_cond_t g_cond;
int nready = 0;    //表示当前仓库产品个数
…

（2）然后在main函数中首先初始化互斥锁和条件变量：
pthread_mutex_init(&g_mutex, NULL);
pthread_cond_init(&g_cond, NULL);

（3）接下来创建若干消费者线程和生产者线程并等待这些线程的退出：
//与使用POSIX信号量和互斥锁实现的模型一样

（4）再就是销毁互斥锁与条件变量：
pthread_mutex_destroy(&g_mutex);
pthread_cond_destroy(&g_cond);

（5）然后就是在线程入口函数中，按照条件变量的使用规则来使用条件变量：
//对于消费者线程入口函数consume来说
void *consume(void *arg)
{
    int num = (int)arg;
    while(1)
    {
         pthread_mutex_lock(&g_mutex);//上锁
         while(nread == 0)//条件不满足时，就一直等待…
         {
               pthread_cond_wait(&g_cond, &g_mutex);
         }
         //跳出while循环就说明条件满足了，就可以消费产品了
         –nready;
         pthread_mutex_unlock(&g_mutex);//解锁
    }
    return NULL;
}

//对生产者线程入口函数produce来说类似
…
while(1)
{
pthread_mutex_lock(&g_mutex);
++nready;
pthread_cond_signal(&g_cond);//发起通知
pthread_mutex_unlock(&g_mutex);
}

综上

输出：

（6）最后我们再来分析一下消费者线程入口函数中的pthead_cond_wait函数做了哪些事情？
pthread_cond_wait(&g_cond, g_mutex);

1）首先对g_mutex进行解锁；
2）等待条件，直到有线程向它发起通知；
3）重新对g_mutex进行加锁。