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条件变量是POSIX线程中的一种同步机制,用于实现线程间的条件等待与通知。与互斥锁不同,条件变量主要用于自动阻塞线程,直到特定条件满足。这类变量通常与互斥锁配合使用,以确保资源的同步使用。
条件变量的主要作用是等待某个事件的发生。例如,在生产者-消费者模式中,生产者线程在生产资源后会通过条件变量通知消费者线程,这样消费者线程可以知道何时可以安全地消费资源。条件变量的使用需要理解其与互斥锁的配合方式。
条件变量的使用必须遵循以下步骤:
静态初始化:可以通过将常量PTHREAD_COND_INITIALIZER
分配给静态条件变量。这种方式简化了初始化过程,不需要调用pthread_cond_init
函数。
动态初始化:使用pthread_cond_init
函数来初始化动态分配的条件变量。该函数接受两个参数:条件变量的地址和属性设置结构体的地址。其中,属性结构体默认值通常可以通过传递NULL
来使用预设的默认属性。
资源释放:在使用动态分配的条件变量后,必须调用pthread_cond_destroy
函数来释放内存资源,并确保条件变量不会再被使用。
等待条件:
pthread_cond_wait
函数进行非阻塞等待。该函数接受两个参数:条件变量和互斥锁。函数执行过程中会自动解锁互斥锁,并将线程加入等待队列。直到条件满足或超时结束,该线程才会被唤醒。pthread_cond_timedwait
函数是pthread_cond_wait
的超时版本,接受超时参数timespec
。如果在指定时间内条件未满足,函数会返回错误码。通知条件:
pthread_cond_signal
或pthread_cond_broadcast
函数向线程发送信号。pthread_cond_signal
仅唤醒一个等待条件的线程,而pthread_cond_broadcast
则唤醒所有等待该条件的线程。一个典型的生产者-消费者模型中,条件变量和互斥锁共同确保资源的正确使用。生产者线程在生成资源后会通过pthread_cond_broadcast
通知所有消费者线程,随后解锁互斥锁。消费者线程在获得锁定后会调用pthread_cond_wait
等待条件满足,确保不会出现竞态条件。
pthread_cond_wait
函数可能会在条件满足时意外唤醒,因此在循环中必须再次检查条件状态。通过合理使用条件变量和互斥锁,可以有效地管理多线程环境中的资源共享问题。
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