pthread_cond_wait() 用法深入分析

`pthread_cond_wait()` 是 POSIX 线程库中的一个关键函数，用于线程同步。它与互斥锁（mutex）一起工作，允许线程在特定条件满足时挂起执行，等待其他线程发出信号。在深入分析 `pthread_cond_wait()` 的用法之前，我们先了解一下它的基本概念和作用。 条件变量（condition variables）是一种高级同步原语，它们允许线程在某个条件为真时执行。这种机制使得线程能够避免不必要的等待，仅在必要时才阻塞。在多线程环境中，当线程需要等待某个特定事件发生时，如数据准备好、资源可用等，条件变量就非常有用。 **1. 创建和注销条件变量** 条件变量可以通过静态或动态方式创建。静态创建使用 `PTHREAD_COND_INITIALIZER` 常量，如下： ```c pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER; ``` 动态创建则通过 `pthread_cond_init()` 函数完成，但通常不提供属性（cond_attr），因为它在 LinuxThreads 中未被实现： ```c pthread_cond_init(&cond, NULL); ``` 销毁条件变量使用 `pthread_cond_destroy()`，但需要注意，只有当没有线程在等待时才能执行此操作，否则会返回 `EBUSY` 错误。 **2. 等待和激发** 线程可以使用 `pthread_cond_wait()` 或 `pthread_cond_timedwait()` 进行等待。前者无条件等待，直到接收到信号才会继续执行；后者带有超时限制，如果在指定的时间内条件未满足，线程会返回 `ETIMEDOUT`。 在调用 `pthread_cond_wait()` 之前，线程必须已经持有对应的互斥锁（mutex）。这个锁在调用 `pthread_cond_wait()` 时会被自动释放，然后在线程准备恢复执行之前再次获得，以确保线程安全地重新进入临界区。 激发条件有两种方式： - `pthread_cond_signal()` 发送一个信号，唤醒一个等待该条件的线程。如果有多个线程在等待，会选择其中一个唤醒。 - `pthread_cond_broadcast()` 发送广播信号，唤醒所有等待该条件的线程。 **3. 示例应用** 下面是一个简单的示例，展示了如何使用 `pthread_cond_wait()` 和 `pthread_cond_signal()`： ```c #include <pthread.h> #include <unistd.h> // 共享资源 static pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; static pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER; static int data_ready = 0; // 生产者线程 void* producer(void* arg) { // 生产数据... pthread_mutex_lock(&mtx); data_ready = 1; pthread_cond_signal(&cond); // 通知消费者数据已准备好 pthread_mutex_unlock(&mtx); } // 消费者线程 void* consumer(void* arg) { while (1) { pthread_mutex_lock(&mtx); while (!data_ready) { // 如果数据未准备好，消费者线程等待 pthread_cond_wait(&cond, &mtx); } // 数据已准备好，消费数据... data_ready = 0; pthread_mutex_unlock(&mtx); } } ``` 在这个例子中，生产者线程生成数据并设置 `data_ready` 为 1，然后发出信号。消费者线程在数据未准备好时等待条件变量，一旦收到信号，它会解锁 mutex 并检查数据是否已准备好，如果准备好，则进行消费并重置 `data_ready`。 总结来说，`pthread_cond_wait()` 是一个强大的工具，用于实现线程间的同步和协作。正确使用它可以有效地避免竞争条件，提高多线程程序的效率和可靠性。但是，不当使用可能会导致死锁或其他并发问题，因此在编程时必须仔细设计和测试。