条件变量 linux

基础概念

条件变量（Condition Variables）是多线程编程中的一个重要概念，主要用于线程间的同步。它允许一个或多个线程等待某个条件成立，而其他线程则在条件满足时通知等待的线程。条件变量通常与互斥锁（Mutex）一起使用，以确保线程安全。

类型

在Linux中，条件变量主要有两种类型：

POSIX条件变量：遵循POSIX标准，使用pthread_cond_t类型表示。
System V条件变量：遵循System V标准，使用cond_t类型表示。

应用场景

条件变量广泛应用于以下场景：

生产者-消费者问题：生产者和消费者线程通过条件变量同步，确保生产者在有空间时生产数据，消费者在有数据时消费数据。
读写锁：多个读线程可以同时访问共享资源，但写线程需要独占访问。条件变量用于协调读写线程的访问。
线程池：线程池中的线程通过条件变量等待任务，当有新任务时，通知等待的线程执行任务。

示例代码

以下是一个使用POSIX条件变量的简单示例，展示了生产者-消费者问题的实现：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>

#define BUFFER_SIZE 5

int buffer[BUFFER_SIZE];
int count = 0;
pthread_mutex_t mutex;
pthread_cond_t cond_producer;
pthread_cond_t cond_consumer;

void* producer(void* arg) {
    while (1) {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        while (count == BUFFER_SIZE) {
            pthread_cond_wait(&cond_producer, &mutex);
        }
        buffer[count++] = rand() % 100;
        printf("Produced: %d\n", buffer[count - 1]);
        pthread_cond_signal(&cond_consumer);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    return NULL;
}

void* consumer(void* arg) {
    while (1) {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        while (count == 0) {
            pthread_cond_wait(&cond_consumer, &mutex);
        }
        int item = buffer[--count];
        printf("Consumed: %d\n", item);
        pthread_cond_signal(&cond_producer);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t producer_thread, consumer_thread;
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
    pthread_cond_init(&cond_producer, NULL);
    pthread_cond_init(&cond_consumer, NULL);

    pthread_create(&producer_thread, NULL, producer, NULL);
    pthread_create(&consumer_thread, NULL, consumer, NULL);

    pthread_join(producer_thread, NULL);
    pthread_join(consumer_thread, NULL);

    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    pthread_cond_destroy(&cond_producer);
    pthread_cond_destroy(&cond_consumer);

    return 0;
}

参考链接

常见问题及解决方法

死锁：在使用条件变量时，可能会出现死锁问题。确保在调用pthread_cond_wait之前已经获取了互斥锁，并且在pthread_cond_signal或pthread_cond_broadcast之后释放互斥锁。
虚假唤醒：即使没有线程调用pthread_cond_signal或pthread_cond_broadcast，线程也可能从pthread_cond_wait中醒来。为了避免这种情况，应该在循环中检查条件。
条件变量未初始化：在使用条件变量之前，必须使用pthread_cond_init进行初始化。

通过以上方法，可以有效解决条件变量在Linux多线程编程中常见的问题。