再谈条件变量—从入门到出家

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再谈条件变量—从入门到出家

C语言--条件变量

条件变量是在线程中以睡眠的方式等待某一条件的发生;

条件变量是利用线程间共享的全局变量进行同步的一种机制:

  • 一个线程等待"条件变量的条件成立"挂起
  • 另一个线程使"条件成立"

条件变量的使用总是和一个互斥锁结合在一起;

**作用:**使用条件变量可以以原子方式阻塞线程,直到某个特定条件为真为止

我们一般使用的函数是:

#include <semaphore.h>int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr) ;int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

案例一

代码:

#include <stdio.h>#include <semaphore.h>#include <pthread.h>pthread_t t1;pthread_t t2;pthread_mutex_t mutex;pthread_cond_t cond;int i=0;void* Process1(void* arg){    while(1)    {        pthread_mutex_lock(&mutex);        i++;        if(i%5 == 0)        {            pthread_cond_signal(&cond);        }        else        {            printf("this is Process1\n");        }        pthread_mutex_unlock(&mutex);        sleep(2);    }}void* Process2(void* arg){    while(1)    {        pthread_mutex_lock(&mutex);        pthread_cond_wait(&cond,&mutex);        printf("this is Process2,i=%d\n",i);        pthread_mutex_unlock(&mutex);        sleep(2);    }}int main(){    pthread_cond_init(&cond,NULL);    pthread_mutex_init(&mutex,NULL);    pthread_create(&t1,NULL,Process1,NULL);    pthread_create(&t2,NULL,Process2,NULL);    pthread_join(t1,NULL);    pthread_join(t2,NULL);    return 0;}

结果:

root@iZuf67on1pthsuih96udyfZ:~/C++/C++_test/Progress/cond# ./test1 this is Process1this is Process1this is Process1this is Process1this is Process2,i=5this is Process1this is Process1this is Process1this is Process1this is Process2,i=10this is Process1this is Process1^C

通过条件变量来控制线程的输出;

上述是在C语言中使用条件变量对线程进行一个控制,在C++中,在标准库中也提供了同样的机制,使用起来会比C语言的更加方便,但是原理还是一样的;

C++ 条件变量

C++标准库在< condition_variable >中

原则与C语言中类似

  • 包含< mutex >和< condition_variable >,声明一个mutex和一个condition_variable变量
  • 通知“条件已满足”的线程必须调用notify_one()或notify_all(),条件满足时唤醒处于等待中的一个条件变量;
  • 等待"条件被满足"的线程必须调用wait(),可以让线程在条件未被满足时陷入休眠状态,当接收到通知时被唤醒去处理相应的任务;

C++ 使用案例

#include <iostream>#include <thread>#include <condition_variable>#include <mutex>#include <unistd.h>using namespace std;//全局条件变量condition_variable cond;mutex _mutex;int count = 0;void fun1(){    while(1)    {        count++;        unique_lock<mutex>lock(_mutex);        if(count%5 == 0)        {            cond.notify_one();        }        else        {            cout<<"this is fun1,count="<<count<<endl;        }        lock.unlock();        sleep(1);    }}void fun2(){    while(1)    {        unique_lock<mutex>lock(_mutex);        cond.wait(lock);        cout<<"this is fun2,count="<<count<<endl;        lock.unlock();        sleep(2);    }}int main(){    thread t1(fun1);    thread t2(fun2);    t1.join();    t2.join();    return 0;}

结果:

root@iZuf67on1pthsuih96udyfZ:~/C++/C++_test/Progress/cond# g++ -std=c++11 test2.cpp -o test2 -lpthreadroot@iZuf67on1pthsuih96udyfZ:~/C++/C++_test/Progress/cond# ./test2this is fun1,count=1this is fun1,count=2this is fun1,count=3this is fun1,count=4this is fun2,count=5this is fun1,count=6this is fun1,count=7this is fun1,count=8^C

到这里,基本回顾了C和C++中条件变量的用法,但是在实际应用中。又有设么用呢?

可能工作年限多的人,接触到的比较多,但是对于很多小白来说,或者刚毕业、刚参加工作的人来说,这点接触的就不是很多了,。这里来举一个例子说一下:

假如在某个项目中,需要用到的是多个线程,最简单的就是,用队列的时候,我们一边写一边读,总是要加锁的,但是,我们的线程就必须一直空转对队列进行检测是否有数据,但是这样往往会造成CPU使用率比较高,资源的浪费,这种情况下,我们就可以是使用条件变量,控制线程的循环,降低资源使用率;当然,也有很多场景值得去探索,也有很多技术可以解决这这个问题,希望大家一起探索前进;

问题思考

上面介绍了C和C++中的使用,但是其实还是有些疑问的

疑问:为什么pthread_cond_wait前加了锁,但是pthread_cond_signal还可以加锁?

首先看下我从网上找的一张图:

从这个图片中,我们发现了一个现象,pthread_cond_wait函数内存进行对锁的解锁,并且阻塞休眠操作,阻塞完成后,再次进行了加锁操作;也就是在pthread_cond_wait阻塞期间,pthread_cond_signal可以进行加锁和解锁操作,这里是不冲突的;

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