主线程和子线程的同步控制

基于《4.Linux C多线程的运行顺序问题》进行改动。如今要做这么一件事情，线程thread_one和线程thread_two共同处理一个全局变量i，thread_one：++i和打印i，thread_two处理的事情是：打印i。

thread_one和thread_two都处理打印i的事务，所不同的是，当i为3的倍数的时候。由thread_two打印，否则由thread_one打印。

程序例如以下：

<span style="font-size:18px;">#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
static void thread_one(char* msg);
static void thread_two(char* msg);
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
int i = 1;
int temp;
int main(int argc, char** argv)
{
	pthread_t th_one, th_two;
	char * msg = "thread";
	printf("thread_one starting\n");
	if (pthread_create(&th_one, NULL, (void*)&thread_one, msg) != 0) {
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	printf("thread_two starting\n");
	if (pthread_create(&th_two, NULL, (void*)&thread_two, msg) != 0) {
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	pthread_join(th_one, NULL);
	pthread_join(th_two, NULL);
	pthread_mutex_destroy(&mutex);
	pthread_cond_destroy(&cond);
	printf("Main thread is going over!\n");
	return 0;
}
static void thread_one(char* msg)
{
	int j = 0;
	while (i < 10) {
		pthread_mutex_lock(&mutex);
		if (i % 3 == 0) {
			temp = i;
			i++;
			pthread_cond_signal(&cond);
			pthread_mutex_unlock(&mutex);
			usleep(10);		// 为了让thread_two有足够运行时间，10ms
		} else {
			printf("I am one. loop %d\n", i);
			i++;
			pthread_mutex_unlock(&mutex);
		}
	}
	printf("one is over!\n");
}
static void thread_two(char* msg)
{
	int j = 0;
	while (i < 10) {
		pthread_mutex_lock(&mutex);
		pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
		pthread_mutex_unlock(&mutex);
		printf("I am two. loop %d\n", temp);
	}
	printf("two is over!\n");
}</span>

root@book-desktop:/opt/pc_test/multithreading/t# ./main 

thread_one starting

thread_two starting

I am one. loop 1

I am one. loop 2

I am two. loop 3

I am one. loop 4

I am one. loop 5

I am two. loop 6

I am one. loop 7

I am one. loop 8

I am two. loop 9

two is over!

one is over!

Main thread is going over!

先来分析“pthread_cond_wait(&cond, &mutex);”

能够说是pthread_cond_wait()是条件变量机制中的最重要也是最难分析的函数。

使用条件变量机制直观上比較简单：调用pthread_cond_wait()的线程把自个儿给堵塞起来。然后等待别的线程调用pthread_cond_signal()把它唤醒。

pthread_cond_wait(&cond,&mutex)操作有两步，是原子操作：第一步是解锁，先解除之前的pthread_mutex_lock()锁定的mutex。第二步是挂起，堵塞并在等待对列里休眠，即线程thread_two挂起。直到被线程thread_one再次被唤醒，唤醒的条件是由“pthread_cond_signal(&cond);”发出的cond信号来唤醒。（这段话来自网络，总感觉有些问题。但我得明确pthread_mutex_lock()涉及两次mutex操作：上锁和解锁）

值得注意的是，pthread_cond_wait函数的用法例如以下：

pthread_mutex_lock(&mutex); // step a

pthread_cond_wait(&cond, &mutex); // step b

pthread_mutex_unlock(&mutex); // step c

step a比較easy理解了，step c怎样理解呢？

这得深刻解剖pthread_cond_wait()了。先看线程thread_two是怎样进入堵塞状态的：

a.解锁（解除step a锁定的mutex。如此使得与之共享锁的线程譬如thread_one可以拥有该mutex）、等待（堵塞睡眠之类的，此堵塞发生在pthread_cond_wait函数内部）。

b....等待。直到pthread_cond_signal()函数唤醒之。

c.此时被唤醒的线程上下文仍然在pthread_cond_wait函数内部。此时加锁，使得mutex被线程thread_two又一次拥有。然后处理返回值之类的。

所以上面的step a、b、c能够解剖为例如以下这般：

a------- pthread_mutex_lock(&mutex);

b1------- pthread_mutex_unlock(&mutex);

睡眠............唤醒

b2------- pthread_mutex_lock(&mutex);

c------- pthread_mutex_unlock(&mutex);

理解“pthread_cond_wait(&cond, &mutex);”有两个关键：

1.pthread_cond_wait函数涉及两次mutex操作；

2.pthread_cond_wait函数并非1次原子操作，线程堵塞于此函数内部，相同线程也是在此函数内部被唤醒。

接着来分析“pthread_cond_signal(&cond);”

关于pthread_cond_signal()，网文曰：

“pthread_cond_signal函数的作用是发送一个信号给另外一个正在处于堵塞等待状态的线程,使其脱离堵塞状态,继续运行。假设没有线程处在堵塞等待状态。pthread_cond_signal()也会成功返回。

”

“使用pthread_cond_signal函数不会有‘惊群现象’产生，他最多仅仅给一个线程发信号。假如有多个线程正在堵塞等待着这个条件变量的话，那么是依据各等待线程优先级的高低确定哪个线程接收到信号開始继续运行。假设各线程优先级同样。则依据等待时间的长短来确定哪个线程获得信号。但不管怎样一个pthread_cond_signal()最多发信号一次。

”

须要注意的是pthread_cond_signal函数不涉及mutex的操作。所以在thread_one里调用pthread_cond_signal函数，thread_two仅仅能说被唤醒，但此时mutex还未被释放掉。也即thread_two的程序还不能被运行，直到thread_one释放掉mutex为止。

上文已经提到，对于pthread_cond_wait()的用法，大概例如以下：

pthread_mutex_lock(&mutex); // step a

pthread_cond_wait(&cond, &mutex); // step b

pthread_mutex_unlock(&mutex); // step c

其实，若须要在thread_two中处理共同资源，最好例如以下般这样：

pthread_mutex_lock(&mutex); // step a

pthread_cond_wait(&cond, &mutex); // step b

...处理共享数据 // step c

pthread_mutex_unlock(&mutex); // step d

相同，对于pthread_cond_signal()的用法。也能够例如以下般这样：

pthread_mutex_lock(&mutex); // step a

pthread_cond_signal(&cond, &mutex); // step b

...处理共享数据 // step c

pthread_mutex_unlock(&mutex); // step d

本文程序并非一个多么好的条件变量的应用实例。但通过它足以体会条件变量的用法~