C++中的條件變數

再談條件變數—從入門到出家

C語言--條件變數

條件變數是線上程中以睡眠的方式等待某一條件的發生；

條件變數是利用執行緒間共享的全域性變數進行同步的一種機制：

• 一個執行緒等待"條件變數的條件成立"掛起

• 另一個執行緒使"條件成立"

條件變數的使用總是和一個互斥鎖結合在一起；

**作用：**使用條件變數可以以原子方式阻塞執行緒，直到某個特定條件為真為止

我們一般使用的函式是：

#include <semaphore.h>
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr) ;
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

案例一

程式碼：

#include <stdio.h>
#include <semaphore.h>
#include <pthread.h>
pthread_t t1;
pthread_t t2;
pthread_mutex_t mutex;
pthread_cond_t cond;
int i=0;

void* Process1(void* arg)
{    
  while(1)
  {        
     pthread_mutex_lock(&mutex);        
     i++;        
     if(i%5 == 0)
     {
          pthread_cond_signal(&cond); 
     }
     else
     {
          printf("this is Process1\n");
     }
     pthread_mutex_unlock(&mutex);
     sleep(2);
  }
}

void* Process2(void* arg)
{
    while(1)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        pthread_cond_wait(&cond,&mutex);
        printf("this is Process2,i=%d\n",i);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sleep(2);    
   }
}

int main(){
    pthread_cond_init(&cond,NULL);
    pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
    pthread_create(&t1,NULL,Process1,NULL);
    pthread_create(&t2,NULL,Process2,NULL);
    pthread_join(t1,NULL);
    pthread_join(t2,NULL);
    return 0;
}

結果：

# ./test1 
this is Process1
this is Process1
this is Process1
this is Process1
this is Process2,i=5
this is Process1
this is Process1
this is Process1
this is Process1
this is Process2,i=10
this is Process1
this is Process1

通過條件變數來控制執行緒的輸出；

上述是在C語言中使用條件變數對執行緒進行一個控制，在C++中，在標準庫中也提供了同樣的機制，使用起來會比C語言的更加方便，但是原理還是一樣的；

C++ 條件變數

C++標準庫在< condition_variable >中

原則與C語言中類似

• 包含< mutex >和< condition_variable >，宣告一個mutex和一個condition_variable變數

• 通知“條件已滿足”的執行緒必須呼叫notify_one()或notify_all()，條件滿足時喚醒處於等待中的一個條件變數；

• 等待"條件被滿足"的執行緒必須呼叫wait()，可以讓執行緒在條件未被滿足時陷入休眠狀態，當接收到通知時被喚醒去處理相應的任務；

C++ 使用案例

#include <iostream>
#include <thread>
#include <condition_variable>
#include <mutex>
#include <unistd.h>
using namespace std;
//全域性條件變數
condition_variable cond;
mutex _mutex;
int count = 0;

void fun1(){
    while(1)
    {
        count++;
        unique_lock<mutex>lock(_mutex);
        if(count%5 == 0)
        {
            cond.notify_one();
        }
        else
        {
            cout<<"this is fun1,count="<<count<<endl;
        }
        lock.unlock();
        sleep(1);
    }
}

void fun2()
{
    while(1)
    {
        unique_lock<mutex>lock(_mutex);
        cond.wait(lock);
        cout<<"this is fun2,count="<<count<<endl;
        lock.unlock();
        sleep(2);
    }
}

int main()
{
    thread t1(fun1);
    thread t2(fun2);
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

結果：

# g++ -std=c++11 test2.cpp -o test2 -lpthread

# ./test2
this is fun1,count=1
this is fun1,count=2
this is fun1,count=3
this is fun1,count=4
this is fun2,count=5
this is fun1,count=6
this is fun1,count=7
this is fun1,count=8

到這裡，基本回顧了C和C++中條件變數的用法，但是在實際應用中。又有設麼用呢？

可能工作年限多的人，接觸到的比較多，但是對於很多小白來說，或者剛畢業、剛參加工作的人來說，這點接觸的就不是很多了，。這裡來舉一個例子說一下：

假如在某個專案中，需要用到的是多個執行緒，最簡單的就是，用佇列的時候，我們一邊寫一邊讀，總是要加鎖的，但是，我們的執行緒就必須一直空轉對佇列進行檢測是否有資料，但是這樣往往會造成CPU使用率比較高，資源的浪費，這種情況下，我們就可以是使用條件變數，控制執行緒的迴圈，降低資源使用率；當然，也有很多場景值得去探索，也有很多技術可以解決這這個問題，希望大家一起探索前進；

問題思考

上面介紹了C和C++中的使用，但是其實還是有些疑問的

疑問：為什麼pthread_cond_wait前加了鎖，但是pthread_cond_signal還可以加鎖？

首先看下我從網上找的一張圖：

從這個圖片中，我們發現了一個現象，pthread_cond_wait函式記憶體進行對鎖的解鎖，並且阻塞休眠操作，阻塞完成後，再次進行了加鎖操作；也就是在pthread_cond_wait阻塞期間，pthread_cond_signal可以進行加鎖和解鎖操作，這裡是不衝突的；

連結：https://juejin.cn/post/6847902215873495053