为什么在 pthread 等待条件周围需要一个 while 循环？

Question

我正在学习 pthread 和等待条件。据我所知，一个典型的等待线程是这样的：

pthread_mutex_lock(&m);
while(!condition)
     pthread_cond_wait(&cond, &m);
// Thread stuff here
pthread_mutex_unlock(&m);

我无法理解的是为什么即使我使用pthread_cond_signal() 来唤醒线程，while(!condition) 行也是必要的。

我可以理解，如果我使用pthread_cond_broadcast()，我需要测试条件，因为我唤醒了所有个等待线程，其中一个线程可以在解锁互斥锁之前再次使条件为假（因此将执行转移到另一个此时不应执行的已唤醒线程）。 但是如果我使用 pthread_cond_signal() 我只唤醒 一个 线程，所以条件必须为真。所以代码可能是这样的：

pthread_mutex_lock(&m);
pthread_cond_wait(&cond, &m);
// Thread stuff here
pthread_mutex_unlock(&m);

我读到了一些关于可能发生的虚假信号的文章。这是（而且只有这个）原因吗？为什么我应该有虚假信号？或者还有什么我不明白的？

我假设信号代码是这样的：

pthread_mutex_lock(&m);
condition = true;
pthread_cond_signal(&cond); // Should wake up *one* thread
pthread_mutex_unlock(&m);

Answer 1

您应该将 pthread_cond_wait 放在 while 循环中的真正原因不是因为虚假唤醒。即使您的条件变量没有虚假唤醒，您仍然需要循环来捕获常见类型的错误。为什么？考虑一下如果多个线程在相同条件下等待会发生什么：

Thread 1                         Thread 2           Thread 3
check condition (fails)
(in cond_wait) unlock mutex
(in cond_wait) wait
                                 lock mutex
                                 set condition
                                 signal condvar
                                 unlock mutex
                                                    lock mutex
                                                    check condition (succeeds)
                                                    do stuff
                                                    unset condition
                                                    unlock mutex
(in cond_wait) wake up
(in cond_wait) lock mutex
<thread is awake, but condition
is unset>

这里的问题是线程必须在等待之前释放互斥锁，这可能会允许另一个线程“窃取”该线程正在等待的任何内容。除非保证只有一个线程可以在该条件下等待，否则在线程唤醒时假设该条件有效是不正确的。

Answer 2

假设您不检查条件。那么通常你无法避免以下坏事的发生（至少，你不能在一行代码中避免）：

 Sender                             Receiver
locks mutex
sets condition
signals condvar, but nothing 
  is waiting so has no effect
releases mutex
                                    locks mutex
                                    waits. Forever.

当然，您的第二个代码示例可以通过这样做来避免这种情况：

pthread_mutex_lock(&m);
if (!condition) pthread_cond_wait(&cond, &m);
// Thread stuff here
pthread_mutex_unlock(&m);

那么肯定会出现这样的情况，如果最多只有一个接收器，并且如果cond_signal 是唯一可以唤醒它的东西，那么它只会在条件设置时唤醒，因此不需要循环。 nos 涵盖了为什么第二个“如果”不正确。