多线程中条件变量使用的深入剖析

it2022-05-05  135

参考博客:https://blog.csdn.net/xmm12508/article/details/80977491    

之前一直以为条件变量在pthread_cond_wait时会一直持有互斥量,后来看到陈硕的书上的例子,发现如果是这样会很容易造成死锁,因此才考虑到是自己想错了,于是在网上搜索了资料终于弄明白了是怎么回事

第一点:条件变量在pthread_cond_wait状态不持有互斥锁

条件变量进入pthread_cond_wait可分为三个步骤:

pthread_cond_wait(&cond, &cmutex)=     { 1、pthread_mutex_unlock(&cmutex);     2、 pthread_cond_wait();等待唤醒,唤醒后再加锁,这样通知条件变量的语句才有机会加锁     3、pthread_mutex_lock(&cmutex);     }

可以看出,进入wait状态时,会首先释放互斥锁,之后线程阻塞等待唤醒,释放了锁使得唤醒条件变量的线程有机会加锁执行。在这种情况下,我们可以想到该线程释放锁之后,如果没有线程抢占并发送信号激活条件变量,其他消费者线程(与本线程功能一样)就会抢占锁,也会进入wait状态,这样如果长时间没有激活条件变量的信号,就会有多个线程处于被激活状态。这样一个信号到来就会使这多个进程抢占资源产生竞争。

第二点:互斥锁的作用

与条件变量配套使用的互斥锁作用有很多,首先互斥锁保护了queue变量的临界区,看下面代码可以知道,lock加锁解锁中间就是queue的临界区。

int dequeue() { MutexLockGuard lock(mutex); //互斥锁,枷锁 while (queue.empty()) { //wait 第一部分,解锁 cond.wait(); //wait第二部分,阻塞,等待信号激活 //wait第三部分,抢占加锁 } ...... }

其次,互斥锁也保护了条件变量避免受到惊群影响

多线程程序中,在使用条件变量前添加互斥锁使得同一时间只有一个线程获得了锁,其他线程处于未得到锁处于阻塞状态节省了系统资源,获得锁的线程进入pthread_cond_wait状态并释放锁,接着要么能获得信号并加锁开始执行业务,要么阻塞在wait状态,其他线程抢占锁,添加互斥锁总能保证获得唤醒的线程均在执行业务,空闲线程都处于阻塞状态

另外上面说的可能存在多个线程处于wait状态,这些线程均能接收到某个线程发来的pthread_cond_signal或者pthread_cond_broadcast,但是由于互斥锁的存在,收到信号的线程被唤醒后立刻抢占互斥锁,其他收到信号的线程再次被阻塞,这样避免了惊群问题。抢占到锁的线程开始处理业务,其他线程继续等待信号。

第三,条件变量为啥使用while而不是if

原因是即使没有线程调用condition_signals,原先调用condition_wait的函数也有可能返回。此时线程被唤醒了,但是条件不满足,如果此时不对条件进行检查而继续往下执行,就可能会导致后续的处理出现错误。


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