Linux線程（四）

文章目錄

• Linux線程（四）
• • 一、線程同步
  • 二、生產(chǎn)者消費者模型

一、線程同步

• 1.條件變量

• 當(dāng)一個線程互斥的訪問某個變量時，他可能發(fā)現(xiàn)在其他線程改變狀態(tài)之前，他自己什么都做不了

• 例如一個線程訪問隊列時，發(fā)現(xiàn)隊列為空，它只能等待，直到其他線程講一個節(jié)點添加到隊列中。這種情況就要用到條件變量

• 2.同步概念與竟態(tài)條件

• 同步：在保證數(shù)據(jù)安全的情況下，讓線程能夠按照某種特定的順序訪問臨界資源，從而有效的避免極餓問題，叫同步

• 競態(tài)條件：因為時許問題而導(dǎo)致出現(xiàn)異常，稱為競態(tài)條件。

• 3.條件變量的初始化

• 方法一：靜態(tài)初始化

pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER

• 方法二：動態(tài)初始化

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,const pthread_condattr_t *restrict attr);

• 功能：初始化一個條件變量
• 參數(shù)：

pthread_cond_t *restrict cond：待初始化的條件變量 const pthread_condattr_t *restrict attr：指定條件變量的屬性，一般填NULL，使用默認屬性

• 4.pthread_cond_destroy函數(shù)

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

• 功能：銷毀一個條件變量
• 參數(shù)：pthread_cond_t *cond：待銷毀的條件變量
• 5.pthread_cond_wait函數(shù)

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond,pthread_mutex_t *restrict mutex)

• 功能：等待條件的滿足
• 參數(shù)：

pthread_cond_t *restrict cond：要在這個條件變量上進行等待 pthread_mutex_t *restrict mutex：互斥量

• 先釋放鎖（必須是原子的）
• 等待條件的滿足（必須是原子的）
• 重新獲取鎖，繼續(xù)執(zhí)行
• 6.pthread_cond_broadcast和pthread_cond_signal函數(shù)

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond); int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);

• 功能：喚醒等待

例子：

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <pthread.h>pthread_cond_t cond; pthread_mutex_t mutex;void *r1( void *arg ) {while ( 1 ){pthread_cond_wait(&cond, &mutex);printf("活動\n");} } void *r2(void *arg ) {while ( 1 ) {pthread_cond_signal(&cond);sleep(1);} } int main( void ) {pthread_t t1, t2;pthread_cond_init(&cond, NULL);pthread_mutex_init(&mutex, NULL);pthread_create(&t1, NULL, r1, NULL);pthread_create(&t2, NULL, r2, NULL);pthread_join(t1, NULL);pthread_join(t2, NULL);pthread_mutex_destroy(&mutex);pthread_cond_destroy(&cond); }

• 7.為什么pthread_cond_wait函數(shù)需要用到互斥量
• 條件等待是線程同步的一種手段，如果只有一個線程，條件不滿足，一直等下去都會不滿足，所以必須要有一個線程通過某些操作，改變共享變量，使原來不滿足的條件的到滿足，并且友好的通知正在等待條件上的線程
• 條件不會無緣無故的突然變得滿足了，必然會牽扯到共享數(shù)據(jù)的變化，所以需要用互斥鎖來保護。沒有互斥鎖就無法安全的獲取和修改共享數(shù)據(jù)
  
• 按照上面的說法，我們設(shè)計出如下的代碼：先上鎖，發(fā)現(xiàn)條件不滿足，解鎖，然后等待在條件變量上不就行了，如下代碼：

// 錯誤的設(shè)計 pthread_mutex_lock(&mutex); while (condition_is_false) {pthread_mutex_unlock(&mutex);//解鎖之后，等待之前，條件可能已經(jīng)滿足，信號已經(jīng)發(fā)出，但是該信號可能被錯過pthread_cond_wait(&cond);pthread_mutex_lock(&mutex); } pthread_mutex_unlock(&mutex);

• 由于解鎖和等待不是原子操作。調(diào)用解鎖后，pthread_cond_wait之前，如果已經(jīng)有其他的線程獲取到互斥量，摒棄條件滿足，發(fā)送了信號，那么pthread_cond_wait將會錯過這個信號，可能會導(dǎo)致線程永遠阻塞在pthread_cond_wait這里。

• 所以解鎖操作必須是原子操作

• 進入pthread_cond_wait這個函數(shù)后，會去看條件變量是否等于0，如果等于0，就把互斥量置為1，直到pthread_cond_wait返回，把條件變量改成1，把互斥量恢復(fù)成原樣

• 8.條件變量使用規(guī)范

• 等待條件的代碼：

pthread_mutex_lock(&mutex); while (條件為假）pthread_cond_wait(cond, mutex); 修改條件 pthread_mutex_unlock(&mutex);

• 給條件發(fā)送信號代碼：

pthread_mutex_lock(&mutex); 設(shè)置條件為真 pthread_cond_signal(cond); pthread_mutex_unlock(&mutex);

二、生產(chǎn)者消費者模型

• 1.為什要使用生產(chǎn)者消費者模型 ？

生產(chǎn)者消費者模式就是通過一個容器來解決生產(chǎn)者和消費者的強耦合問題。生產(chǎn)者和消費者彼此之間不直接通訊，而通過阻塞隊列來進行通訊，所以生產(chǎn)者生產(chǎn)完數(shù)據(jù)之后不用等待消費者處理，直接扔給阻塞隊列，消費者不找生產(chǎn)者要數(shù)據(jù)，而是直接從阻塞隊列里取，阻塞隊列就相當(dāng)于一個緩沖區(qū)，平衡了生產(chǎn)者和消費者的處理能力。這個阻塞隊列就是用來給生產(chǎn)者和消費者解耦的

• 2.生產(chǎn)者消費者模型的優(yōu)點
• 解耦
• 支持并發(fā)
• 支持忙閑不均問題
• 3.生產(chǎn)者消費者模型流程圖：

• 基于BlockingQueue的生產(chǎn)者消費者模型 BlockingQueue 在多線程編程中阻塞隊列(Blocking Queue)是一種常用于實現(xiàn)生產(chǎn)者和消費者模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
• 其與普通的隊列區(qū)別在于，當(dāng)隊列為空時，從隊列獲取元素的操作將會被阻塞，直到隊列中被放入了元素；當(dāng)隊列滿時，往隊列里存放元素的操作也會被阻塞，直到有元素被從隊列中取出

例子：單生產(chǎn)者單消費者代碼：

#include <iostream> #include <queue> #include <stdlib.h> #include <pthread.h> #define NUM 8class BlockQueue{ private:std::queue<int> q;int cap;pthread_mutex_t lock;pthread_cond_t full;pthread_cond_t empty;private:void LockQueue(){pthread_mutex_lock(&lock);} void UnLockQueue(){pthread_mutex_unlock(&lock);} void ProductWait(){pthread_cond_wait(&full, &lock);} void ConsumeWait(){pthread_cond_wait(&empty, &lock);} void NotifyProduct(){pthread_cond_signal(&full);} void NotifyConsume(){pthread_cond_signal(&empty);} bool IsEmpty(){return ( q.size() == 0 ? true : false );} bool IsFull(){return ( q.size() == cap ? true : false );}public:BlockQueue(int _cap = NUM):cap(_cap){pthread_mutex_init(&lock, NULL);pthread_cond_init(&full, NULL);pthread_cond_init(&empty, NULL);} void PushData(const int &data){LockQueue();while(IsFull()){NotifyConsume();std::cout << "queue full, notify consume data, product stop." << std::endl;ProductWait();} q.push(data);// NotifyConsume();UnLockQueue();} void PopData(int &data){LockQueue();while(IsEmpty()){NotifyProduct();std::cout << "queue empty, notify product data, consume stop." <<std::endl;ConsumeWait();} data = q.front();q.pop();// NotifyProduct();UnLockQueue();} ~BlockQueue(){pthread_mutex_destroy(&lock);pthread_cond_destroy(&full);pthread_cond_destroy(&empty);} };void *consumer(void *arg) {BlockQueue *bqp = (BlockQueue*)arg;int data;for( ; ; ){bqp->PopData(data);std::cout << "Consume data done : " << data << std::endl;} } //more faster void *producter(void *arg) {BlockQueue *bqp = (BlockQueue*)arg;srand((unsigned long)time(NULL));for( ; ; ){int data = rand() % 1024;bqp->PushData(data);std::cout << "Prodoct data done: " << data << std::endl;// sleep(1);} }int main() {BlockQueue bq;pthread_t c,p;pthread_create(&c, NULL, consumer, (void*)&bq);pthread_create(&p, NULL, producter, (void*)&bq);pthread_join(c, NULL);pthread_join(p, NULL);return 0; }

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Linux线程（四）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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