pthread_cond_timedwait() & pthread_cond_broadcast() 解释答案

【问题标题】：pthread_cond_timedwait() & pthread_cond_broadcast() explainedpthread_cond_timedwait() & pthread_cond_broadcast() 解释
【发布时间】：2014-02-13 12:23:09
【问题描述】：

所以我搜索了堆栈溢出和其他资源的高低，但对于上述功能，我无法理解一些事情。具体来说，

1)当pthread_cond_timedwait()因为定时器值用完而返回时，它如何自动重新获取互斥锁。互斥锁可能被锁定在别处。例如，在生产者-消费者队列中，消费者可能正在等待使用 timedwait() 变体。从我读过的解释来看，当线程唤醒时，似乎会自动重新获取互斥锁。这让我很困惑？还是说它会在定时器用完后唤醒，然后再检查谓词并再次加锁。这没有意义？

2)当一堆线程已经获得一个互斥体并且现在都在等待一个简单的 pthread_cond_wait() 时，如果另一个线程发出 pthread_cond_broadcast() 会发生什么。每个线程（由调度程序决定）是否会一个接一个地唤醒，依次获取互斥锁，然后每个线程继续执行？或者只会唤醒整个线程列表中的一个线程。我假设使用 pthread_cond_signal() 也可以实现这两种行为中的后者。此外，如果前面的方法是正确的行为，那么我们可以假设某个其他线程可能最终会在其他地方对变量调用 wait()。然后将所有这些其他等待线程重新置于阻塞状态并等待信号。还是每个人都会继续觉醒，一个一个进步？

【问题讨论】：

标签： c++ multithreading pthreads posix

【解决方案1】：

如果pthread_cond_timedwait()由于超时而返回，它会在返回之前重新获取互斥锁。这可能意味着它必须等待互斥锁被解锁，如果它当时被另一个线程锁定。本质上，它的行为就像在返回之前调用了pthread_mutex_lock()。

当pthread_cond_broadcast()被调用时，所有等待的线程都会被唤醒，这意味着它们都会尝试获取互斥体并返回。当然，互斥锁会序列化这个，所以它们一次只会返回一个。此后发生什么都无关紧要 - 这些线程一旦获得互斥体，最终都会从它们的pthread_cond_wait() 调用中返回。另一个调用pthread_cond_wait() 的线程不会影响这一点。

【讨论】：

【解决方案2】：

(1) pthread_cond_timedwait()

一个简短（浅薄）的解释它是如何工作的。

1) 与 pthread_cond_timewait() 关联的互斥锁应在调用该函数之前锁定。你有责任去做。否则，函数行为未定义。

2) 当您的程序将其控制权转移给函数时，函数会原子地释放关联的互斥体，让其他线程有机会获取它。当您等待时，互斥锁被解锁。解锁它是功能责任。如果函数实现做不到，只有一个线程会处理关联的互斥体。

3) 当函数返回时，无论是由于超时还是由于接收到信号，该函数都会自动锁定互斥体。锁定互斥锁是函数的职责。

4) 现在你应该再次解锁互斥锁。

解释中的“原子”一词意味着函数本身是线程安全的。

(2) pthread_cond_broadcast()

使用 pthread_cond_broadcast() 发出信号会导致所有等待的线程唤醒并开始一一处理。使用 pthread_cond_signal() 发出信号只会唤醒一个线程。要“感受”这个概念，您可以使用以下说明该想法的代码。将 pthread_cons_signal 替换为 pthread_cond_brodcast。考虑到使用 pthread_cons_signal 时程序永远不会终止：只有一个等待线程获取信号并退出等待循环。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
int value = 0;

void* waiter(void* arg)
{
  int* tid = (int*)arg;

  printf("waiter started %d\n", *tid);

  pthread_mutex_lock(&mutex);
  while(value == 0)
  {
    pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
  }
  sleep(10);
  printf("waiter %d releases\n", *tid);
  pthread_mutex_unlock(&mutex);

}

void* notifier(void* arg)
{
  sleep(2);
  pthread_mutex_lock(&mutex);
  value = 1;
  //pthread_cond_broadcast(&cond);
  pthread_cond_signal(&cond);
  pthread_mutex_unlock(&mutex);
}

int main(void)
{
  pthread_t w1; // waiter
  int tid1=1;
  pthread_t w2; // waiter
  int tid2=2;
  pthread_t n1; // notifier

  pthread_create(&w1, NULL, waiter, &tid1);
  pthread_create(&w2, NULL, waiter, &tid2);
  pthread_create(&n1, NULL, notifier, NULL);

  pthread_join(w1, NULL);
  pthread_join(w2, NULL);
  pthread_join(n1, NULL);
  return 0;
}

【讨论】：