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C语言之pthread_cond_t信号变化探究总结(八十)

2023-10-08 大全 30 作者:考证青年

1.前言

本篇目的: 理解与it用法区别

函数区别

与函数成对出现,如果没有给它发信号,它死等,等到天荒地老…

it

自己设置超时时间,一旦超过设定时间,自动执行it函数后边的代码。如果在it 设置超时时间之前给它发信号,它会收到信号,提前结束等待。

一次只能唤醒一个等待中的线程

st

可以唤醒全部等待中的线程

Linux中用于互斥锁的结构体类型。互斥锁用于保护临界区,确保同时只有一个线程可以访问共享资源。

信号变换原理__信号变换电路的作用

在Linux中,是用于线程间同步的条件变量。条件变量用于在线程之间传递信号,帮助线程进行等待和唤醒操作。条件变量通常与互斥锁()一起使用。当某个线程需要等待某个条件满足时,它会调用函数将自己阻塞,并释放占有的互斥锁。当另一个线程满足了条件并调用了或st函数发送信号时,等待的线程会被唤醒并重新获取互斥锁,从而继续执行。

2.代码示例 v1.0 和用法

#include 
#include 
#include 
#include using namespace std;pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;int main() {std::thread thread = std::thread([&]() {cout << "线程等待信号到来..." << endl;pthread_mutex_lock(&mutex);//1.如果不调用pthread_cond_signal(&cond)函数发信号,永远死等.pthread_cond_wait(&cond, &mutex);cout << "Thread timed wait for 10s." << endl;pthread_mutex_unlock(&mutex);});//1.给pthread_cond_wait和pthread_cond_timedwait发信号(它俩是成对出现的),使其后边的代码可以执行.sleep(1);pthread_cond_signal(&cond);//仅可以唤醒一个线程sleep(2);printf("%s() [%d], cond.__data = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(cond.__data))));thread.join();return 0;
}

v2.0 和it用法

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std;pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;int main() {//1.给pthread_cond_wait和pthread_cond_timedwait发信号(它俩是成对出现的),使其后边的代码可以执行.std::thread thread = std::thread([&]() {cout << "线程等待信号到来..." << endl;struct timeval now;struct timespec outtime;gettimeofday(&now, NULL);outtime.tv_sec = now.tv_sec + 10;//如果没有等到信号,则超过10s后自动处理.outtime.tv_nsec = now.tv_usec * 1000;pthread_mutex_lock(&mutex);printf("%s() [%d], cond.__data = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(cond.__data))));//2.可以设置超时时间,一旦超过设定时间,自动执行pthread_cond_timedwait函数后边的代码,它不受pthread_cond_signal的影响.pthread_cond_timedwait(&cond, &mutex, &outtime);printf("%s() [%d], cond.__data = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(cond.__data))));cout << "Thread timed wait for 10s." << endl;pthread_mutex_unlock(&mutex);});sleep(1);pthread_cond_signal(&cond);//仅可以唤醒一个线程sleep(2);thread.join();return 0;
}

v3.0 st和用法

#include 
#include 
#include 
#include using namespace std;pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;int main() {std::thread thread = std::thread([&]() {cout << "线程等待信号到来..." << endl;pthread_mutex_lock(&mutex);//1.如果不调用pthread_cond_signal(&cond)函数发信号,永远死等.pthread_cond_wait(&cond, &mutex);cout << "Thread timed wait for 10s." << endl;pthread_mutex_unlock(&mutex);});//1.给pthread_cond_wait和pthread_cond_timedwait发信号(它俩是成对出现的),使其后边的代码可以执行.sleep(1);pthread_cond_broadcast(&cond);//可以唤醒全部线程sleep(2);printf("%s() [%d], cond.__data = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(cond.__data))));thread.join();return 0;
}

v4.0 st和it用法

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std;pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;int main() {//1.给pthread_cond_wait和pthread_cond_timedwait发信号(它俩是成对出现的),使其后边的代码可以执行.std::thread thread = std::thread([&]() {cout << "线程等待信号到来..." << endl;struct timeval now;struct timespec outtime;gettimeofday(&now, NULL);outtime.tv_sec = now.tv_sec + 10;//如果没有等到信号,则超过10s后自动处理.outtime.tv_nsec = now.tv_usec * 1000;pthread_mutex_lock(&mutex);printf("%s() [%d], cond.__data = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(cond.__data))));//2.可以设置超时时间,一旦超过设定时间,自动执行pthread_cond_timedwait函数后边的代码,它不受pthread_cond_signal的影响.pthread_cond_timedwait(&cond, &mutex, &outtime);printf("%s() [%d], cond.__data = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(cond.__data))));cout << "Thread timed wait for 10s." << endl;pthread_mutex_unlock(&mutex);});sleep(1);pthread_cond_broadcast(&cond);//可以唤醒全部线程sleep(2);thread.join();return 0;
}

v5.0 : 观察和结构体中变量:、、变化

和用法

#include 
#include 
#include 
#include using namespace std;pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;int main() {std::thread thread = std::thread([&]() {cout << "线程等待信号到来..." << endl;printf("%s() [%d], cond.__data = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(cond.__data))));pthread_mutex_lock(&mutex);//1.如果不调用pthread_cond_signal(&cond)函数发信号,永远死等.pthread_cond_wait(&cond, &mutex);printf("%s() [%d], cond.__data = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(cond.__data))));cout << "Thread timed wait for 10s." << endl;pthread_mutex_unlock(&mutex);});//1.给pthread_cond_wait和pthread_cond_timedwait发信号(它俩是成对出现的),使其后边的代码可以执行.sleep(1);printf("%s() [%d], cond.__data = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(cond.__data))));printf("%s() [%d], cond.__data = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*(reinterpret_cast<int*>(&(cond.__data))));printf("%s() [%d], cond.__size = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(cond.__size))));printf("%s() [%d], cond.__align = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(cond.__align))));printf("%s() [%d], mutex.__data = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(mutex.__data))));printf("%s() [%d], mutex.__size = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(mutex.__size))));printf("%s() [%d], mutex.__align = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(mutex.__align))));//pthread_cond_signal(&cond);//仅可以唤醒一个线程pthread_cond_broadcast(&cond);//可以唤醒全部线程printf("%s() [%d], cond.__data = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(cond.__data))));printf("%s() [%d], cond.__size = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(cond.__size))));printf("%s() [%d], cond.__align = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(cond.__align))));printf("%s() [%d], mutex.__data = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(mutex.__data))));printf("%s() [%d], mutex.__size = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(mutex.__size))));printf("%s() [%d], mutex.__align = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(mutex.__align))));sleep(2);printf("%s() [%d], cond.__data = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(cond.__data))));thread.join();return 0;
}

打印:

线程等待信号到来...
operator()() [16], cond.__data = 0
main() [27], cond.__data = 2
main() [28], cond.__data = 2
main() [30], cond.__size = 2
main() [31], cond.__align = 2
main() [33], mutex.__data = 0
main() [34], mutex.__size = 0
main() [35], mutex.__align = 0
main() [40], cond.__data = 3
main() [41], cond.__size = 3
main() [42], cond.__align = 3
main() [44], mutex.__data = 0
main() [45], mutex.__size = 0
main() [46], mutex.__align = 0
operator()() [20], cond.__data = 3
Thread timed wait for 10s.
main() [49], cond.__data = 3

总结:

在进入线程后,信号没来到之前 cond.=0;

当进入main进程时,cond.=2;

当(&cond)发送信号后,cond.=3,然后线程中的(&cond, &mutex)收到cond.=3的信号,

立即释放互斥锁,解除阻塞,程序向下运行,到main函数结束。

v6.0 观察it:和结构体中变量:、、变化

和it用法

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std;pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;int main() {//1.给pthread_cond_wait和pthread_cond_timedwait发信号(它俩是成对出现的),使其后边的代码可以执行.std::thread thread = std::thread([&]() {cout << "线程等待信号到来..." << endl;struct timeval now;struct timespec outtime;gettimeofday(&now, NULL);outtime.tv_sec = now.tv_sec + 10;//如果没有等到信号,则超过10s后自动处理.outtime.tv_nsec = now.tv_usec * 1000;pthread_mutex_lock(&mutex);printf("%s() [%d], cond.__data = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(cond.__data))));//2.可以设置超时时间,一旦超过设定时间,自动执行pthread_cond_timedwait函数后边的代码,它不受pthread_cond_signal的影响.pthread_cond_timedwait(&cond, &mutex, &outtime);printf("%s() [%d], cond.__data = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(cond.__data))));cout << "Thread timed wait for 10s." << endl;pthread_mutex_unlock(&mutex);});sleep(1);printf("%s() [%d], cond.__data = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(cond.__data))));printf("%s() [%d], cond.__data = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*(reinterpret_cast<int*>(&(cond.__data))));printf("%s() [%d], cond.__size = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(cond.__size))));printf("%s() [%d], cond.__align = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(cond.__align))));printf("%s() [%d], mutex.__data = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(mutex.__data))));printf("%s() [%d], mutex.__size = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(mutex.__size))));printf("%s() [%d], mutex.__align = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(mutex.__align))));//pthread_cond_signal(&cond);//仅可以唤醒一个线程pthread_cond_broadcast(&cond);//可以唤醒全部线程printf("%s() [%d], cond.__data = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(cond.__data))));printf("%s() [%d], cond.__size = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(cond.__size))));printf("%s() [%d], cond.__align = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(cond.__align))));printf("%s() [%d], mutex.__data = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(mutex.__data))));printf("%s() [%d], mutex.__size = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(mutex.__size))));printf("%s() [%d], mutex.__align = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(mutex.__align))));sleep(2);printf("%s() [%d], cond.__data = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*((int*)(&(cond.__data))));thread.join();return 0;
}

打印

线程等待信号到来...
operator()() [23], cond.__data = 0
main() [33], cond.__data = 2
main() [34], cond.__data = 2
main() [37], cond.__size = 2
main() [38], cond.__align = 2
main() [40], mutex.__data = 0
main() [41], mutex.__size = 0
main() [42], mutex.__align = 0
main() [46], cond.__data = 3
main() [47], cond.__size = 3
main() [48], cond.__align = 3
main() [50], mutex.__data = 0
main() [51], mutex.__size = 0
main() [52], mutex.__align = 0
operator()() [26], cond.__data = 3
Thread timed wait for 10s.
main() [55], cond.__data = 3

总结:

在进入线程后,信号没来到之前 cond.=0;

当进入main进程时,cond.=2;

当(&cond)发送信号后,cond.=3,然后线程中的(&cond, &mutex)收到cond.=3的信号,

立即释放互斥锁,解除阻塞,程序向下运行,到main函数结束。

3.总结

所以不管是、st发送信号给,还是it,最终信号发生变化的是的结构体变量字段,是它发生的变化,解除线程的阻塞状态。

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