C C 互斥鎖和條件變數

互斥鎖、條件變數和訊號量是實現執行緒間同步的三種方式。在多執行緒程式訪問臨界資源時，可以對各個執行緒進行訪問限制，每次只允許乙個執行緒訪問臨界資源。條件變數相當於是互斥鎖的一種補充，是執行緒中的東西，就是等待某一條件的發生，和訊號一樣。占有臨界資源的執行緒在執行完對於資源的操作後，會發出「訊號」，然後其它未占有資源的執行緒在感知到「訊號」後就會搶占資源。

需要的標頭檔案：pthread.h

1）定義並初始化互斥鎖

函式原型：pthread_mutex_t mutex;

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *mattr)

引數說明：mutex互斥鎖位址，mattr屬性通常預設nullptr，可以用於設定互斥鎖的特性。

互斥鎖屬性：

2）互斥鎖加鎖

函式原型：int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

函式說明：當 pthread_mutex_lock() 返回時，該互斥鎖已被鎖定。呼叫執行緒是該互斥鎖的屬主。如果該互斥鎖已被另乙個執行緒鎖定和擁有，則呼叫執行緒將阻塞，直到該互斥鎖變為可用為止。

返回值：成功返回0。其他任何返回值都表示出現了錯誤。錯誤返回值含義如下。

eagain：已超出了互斥鎖遞迴鎖定的最大次數，無法獲取該互斥鎖。

edeadlk：當前執行緒已經擁有互斥鎖。

3）互斥鎖解鎖

函式原型：int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

函式說明：pthread_mutex_unlock() 釋放mutex引用的互斥鎖。互斥鎖的釋放方式取決於互斥鎖的型別屬性。對於 pthread_mutex_recursive 型別的互斥鎖，當計數達到零並且呼叫執行緒不再對該互斥鎖進行任何鎖定時，該互斥鎖將變為可用。

返回值：成功返回0，錯誤返回值含義如下。

eperm :當前執行緒不擁有互斥鎖。

4）使用非阻塞互斥鎖加鎖

函式原型：int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);

函式說明：pthread_mutex_trylock() 是 pthread_mutex_lock() 的非阻塞版本。如果 mutex 所引用的互斥物件當前被任何執行緒（包括當前執行緒）鎖定，則將立即返回該呼叫。否則，該互斥鎖將處於鎖定狀態，呼叫執行緒是其屬主。

返回值：成功返回0。錯誤返回值含義如下。

ebusy :mutex 所指向的互斥鎖已鎖定，無法獲取該互斥鎖。

eagain：超出了 mutex 的遞迴鎖定最大次數，無法獲取該互斥鎖。

5）銷毀互斥鎖

函式原型：int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

返回值：pthread_mutex_destroy() 在成功完成之後會返回零。其他任何返回值都表示出現了錯誤。如果出現以下任一情況，該函式將失敗並返回對應的值。

einval:mutex 指定的值不會引用已初始化的互斥鎖物件。

需要的標頭檔案：pthread.h

1）定義並初始化條件變數

函式原型：pthread_cond_t cond = pthread_cond_initializer;

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr);

引數說明：cond 條件變數位址，cond_attr屬性通常預設nullptr，可以用於設定互斥鎖的屬性。

2）等待條件變數

函式原型：int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);

int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex, const struct timespec *abstime);

引數說明：cond 條件變數位址，mutex互斥鎖位址，表示鎖等待在條件變數上，abstime表示等待時限。

3）喚醒等待條件變數上的執行緒

函式原型：int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond); //喚醒等待該條件變數上的某個執行緒

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond); //喚醒等待該條件變數上的所有執行緒

引數說明：cond條件變數位址。

4）銷毀條件變數

函式原型：int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

引數說明：cond條件變數位址

。生產者和消費者模型：

消費者將count每次減去1，生產者將count每次加1，消費者會判斷count的大小，如果count==0那麼消費者執行緒要阻塞，但是它還會一直占有鎖，所以這樣就阻止了其它執行緒對count的操作，如果其它執行緒不能操作count，程式就沒有意義；因此我們要用到條件變數來解決這個問題。呼叫pthread_cond_wait(&cond, &mutex);讓互斥鎖mutex在這個cond條件上等待，執行緒呼叫pthread_cond_wait這個函式之後，核心會做下面這些事：

執行緒庫將上面三步做成了原子性操作，和linux核心繫結在一起。在生產者執行緒中當對count++之後（也就是生產了產品），會通過呼叫pthread_cond_signal(&cond)來向條件變數cond上傳送乙個訊號，表示條件滿足。如果條件滿足，那麼剛才因為呼叫pthread_cond_wait而等待的消費者執行緒會醒來（重新獲取鎖，並再次判斷條件是否滿足），如果count>0，就在臨界區進行操作，然後解鎖並離開臨界區。因為涉及到多個執行緒對全域性變數count進行操作，所以要用執行緒互斥鎖對count進行控制；所以首先定義互斥鎖mutex，然後呼叫pthread_mutex_lock(&mutex)進行上鎖，對count進行操作之後再呼叫pthread_mutex_unlock(&mutex)進行解鎖。

我們還希望對count的最大值進行控制，比如希望它的最大值是10；那麼當count等於10的時候，就要等待；

// for test
#include #include #include using namespace std;
int count = 0;
pthread_mutex_t mutex;
pthread_cond_t cond = pthread_cond_initializer;
void* produce(void* args)
++count;
cout << "producer is  " << pthread_self() << "    count is  " << count << endl;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
pthread_cond_signal(&cond);
}pthread_exit(nullptr);
}void* consume(void* args)
--count;
cout << "consumer is  " << pthread_self() << "    count is  " << count << endl;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}pthread_exit(nullptr);
}int main()
pthread_detach(threadid_1);
pthread_detach(threadid_2);
getchar();
return 0;
}

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