当前位置：首页 > java >正文

Linux条件变量

java 2025/8/20 11:15:58

在 Linux 系统中，pthread_cond_init() 函数和条件变量（Condition Variable）是多线程编程中用于线程同步的核心机制。它们通过协调线程间的等待与通知逻辑，解决共享资源的竞争问题。以下从功能、工作机制、使用场景和注意事项等方面进行详细解析：

一、条件变量的核心概念

条件变量是一种线程同步原语，允许线程在某个条件未满足时进入阻塞状态，并在条件满足时被唤醒。其核心作用包括：

等待条件：线程通过 pthread_cond_wait() 释放互斥锁并阻塞，直到其他线程发送信号。
通知条件：其他线程通过 pthread_cond_signal() 或 pthread_cond_broadcast() 触发条件变量，唤醒等待的线程。
与互斥锁配合：条件变量必须与互斥锁（pthread_mutex_t）结合使用，避免竞争条件（Race Condition）。

二、`pthread_cond_init()` 函数的作用

pthread_cond_init() 用于动态初始化条件变量，其原型为：

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

参数：
- cond：指向条件变量的指针。
- attr：条件变量属性（通常设为 NULL，使用默认属性）。
返回值：成功返回 0，失败返回错误码（如 EINVAL、EBUSY）。
初始化方式：
- 静态初始化：直接赋值宏 PTHREAD_COND_INITIALIZER，适用于全局或静态变量。
- 动态初始化：通过 pthread_cond_init() 动态创建，适用于需要自定义属性的场景（如进程间共享。

三、条件变量的工作机制

1. 线程等待条件（`pthread_cond_wait`）

步骤：
1. 线程持有互斥锁，检查条件是否满足。
2. 若条件不满足，调用 pthread_cond_wait() 释放互斥锁并阻塞。
3. 被唤醒后，重新获取互斥锁并再次检查条件。
关键特性：
- 原子性：释放锁和阻塞操作是原子的，避免竞争条件。
- 虚假唤醒：线程可能因系统信号意外唤醒，需用 while 循环而非 if 检查条件。

2. 线程发送信号（`pthread_cond_signal`/`pthread_cond_broadcast`）

pthread_cond_signal：唤醒一个等待线程（若有多个线程等待，具体唤醒哪个由调度策略决定）。

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);

pthread_cond_broadcast：唤醒所有等待线程，适用于需要批量通知的场景（如生产者-消费者模型）

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);

特性	`pthread_cond_signal()`	`pthread_cond_broadcast()`
唤醒线程数量	至少 1 个（可能更多，但规范未定义）	所有等待线程
适用场景	单任务处理（如单资源可用）	批量任务处理（如多资源可用）
性能开销	较低（仅唤醒一个线程）	较高（需处理多线程竞争锁）
虚假唤醒风险	需通过 `while` 循环检查条件	同样需 `while` 循环检查条件
调度确定性	可能因优先级或系统策略影响唤醒顺序	无确定性，所有线程均被唤醒

代码演示：

#include<iostream>
#include<pthread.h>
#include<unistd.h>
#include<string>const int num = 5;
pthread_mutex_t gmutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;             //全局锁
pthread_cond_t gcond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;               //全局条件变量
void* wait(void*args)                                          //线程回调函数
{while(true){//加锁pthread_mutex_lock(&gmutex);//条件变量，线程在这里阻塞等待pthread_cond_wait(&gcond,&gmutex);std::string name = static_cast<const char*>(args);usleep(10000); std::cout<<"I am :"<<name<<std::endl;          //解锁pthread_mutex_unlock(&gmutex);}return nullptr;
}int main()
{pthread_t threads[num];                                     //设置线程for(int i=0;i<num;i++)                                      //创建5个线程{char*name = new char[1024];                             //线程名称snprintf(name,1024,"thread-%d",i+1);pthread_create(threads+i,nullptr,wait,(void*)name);     //创建线程usleep(10000);                                          //设置创建线程和条件变量阻塞等待为同一时间}//主线程唤醒阻塞等待while(true){pthread_cond_signal(&gcond);                             //唤醒一个线程std::cout<<"唤醒一个线程..."<<std::endl;sleep(2);}for(int i=0;i<num;i++){pthread_join(threads[i],nullptr);                         //回收}return 0;
}