线程同步之条件变量（pthread_cond_wait）
条件变量
条件变量给了线程以无竞争的方式等待特定条件发生。条件变量是和互斥量一起使用的，条件变量是由互斥量保护的。这么讲，大家可能不明白，这条件变量有什么用？干什么的？还是结合pthread_cond_wait()函数来分析一下吧！
下面给出本文讲使用的的有关条件变量的函数。
单刀直入，我们需要分析的重点就是pthread_cond_wait()函数。而pthread_cond_timewait()只是比它多了个超时而已。
pthread_cond_wait()函数等待条件变量变为真的。它需要两个参数，第一个参数就是条件变量，而第二个参数mutex是保护条件变量的互斥量。也就是说这个函数在使用的时候需要配合pthread_mutex_lock()一起使用。即：
pthread_mutex_lock(&mutex);
pthread_cond_wait(&cond,&mutex);因此，这个函数的功能可以总结如下：
- 等待条件变量满足；
- 把获得的锁释放掉；（注意：1，2两步是一个原子操作） 当然如果条件满足了，那么就不需要释放锁。所以释放锁这一步和等待条件满足一定是一起执行（指原子操作）。
- pthread_cond_wait()被唤醒时，它解除阻塞，并且尝试获取锁（不一定拿到锁）。因此，一般在使用的时候都是在一个循环里使用pthread_cond_wait()函数，因为它在返回的时候不一定能拿到锁（这可能会发生饿死情形，当然这取决于操作系统的调度策略）。
这个pthread_cond_wait()函数可以被pthread_cond_signal()或者是pthread_cond_broadcast()函数唤醒。不同之处在于，pthread_cond_signal()可以唤醒至少一个线程；而pthread_cond_broadcast()则是唤醒等待该条件满足的所有线程。在使用的时候需要注意，一定是在改变了条件状态以后再给线程发信号。
pthread_cond_init()函数是用来初始化pthread_cond_t类型的条件变量的，和之前的函数类似，在动态分配pthread_cond_t类型的变量的时候，只能使用pthread_cond_init它来初始化（因为POSIX标准只规定了接口长什么样子，没规定怎么实现，所以pthread_cond_t这个数据类型可能被实现为结构体，为了最大化可移植性，就搞了个init函数来动态初始化）。
pthread_cond_destroy()函数就是用来释放条件变量的（反初始化），再次提醒，不是释放内存空间的。
pthread_cond_timedwait()函数和 pthread_cond_wait()函数比起来多一个时间参数，这个参数可以指定等待这个条件多长时间，他是通过timespec结构指定。所以用起来比较麻烦，不在这里细述。
好了，关于这些函数就介绍完了，下面看一段代码，这段代码将演示一个非常经典的同步问题：生产者——消费者模型
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
//链表的结点
struct msg
{
int num;
struct msg *next;
};
struct msg *head = NULL; //头指针
struct msg *temp = NULL; //节点指针
//静态方式初始化互斥锁和条件变量
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t has_producer = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
void *producer(void *arg)
{
while (1) //线程正常不会解锁，除非收到终止信号
{
pthread_mutex_lock(&mutex); //加锁
temp = malloc(sizeof(struct msg));
temp->num = rand() % 100 + 1;
temp->next = head;
head = temp; //头插法
printf("---producered---%d\n", temp->num);
pthread_mutex_unlock(&mutex); //解锁
pthread_cond_signal(&has_producer); //唤醒消费者线程
usleep(rand() % 3000); //为了使该线程放弃cpu,让结果看起来更加明显。
}
return NULL;
}
void *consumer(void *arg)
{
while (1) //线程正常不会解锁，除非收到终止信号
{
pthread_mutex_lock(&mutex); //加锁
while (head == NULL) //如果共享区域没有数据，则解锁并等待条件变量
{
pthread_cond_wait(&has_producer, &mutex); //我们通常在一个循环内使用该函数
}
temp = head;
head = temp->next;
printf("------------------consumer--%d\n", temp->num);
free(temp); //删除节点，头删法
temp = NULL; //防止野指针
pthread_mutex_unlock(&mutex); //解锁
usleep(rand() % 3000); //为了使该线程放弃cpu,让结果看起来更加明显。
}
return NULL;
}
int main(void)
{
pthread_t ptid, ctid;
srand(time(NULL)); //根据时间摇一个随机数种子
//创建生产者和消费者线程
pthread_create(&ptid, NULL, producer, NULL);
pthread_create(&ctid, NULL, consumer, NULL);
//主线程回收两个子线程
pthread_join(ptid, NULL);
pthread_join(ctid, NULL);
return 0;
}程序运行结果如下所示：
这是截取的一部分运行结果，需要注意的是，malloc()放到了临界区，free()也被放到了临界区。这是因为可能在两个线程中分别执行对同一块内存的申请和释放。这就会出错。所以说，在评估锁的粒度的时候，一定要小心，并且谨慎。
腾讯云开发者
