我正在阅读pthread.h;与条件变量相关的函数(如pthread_cond_wait(3))需要一个互斥量作为参数。为什么?据我所知，我要创建一个互斥量只是为了用作那个参数?互斥锁应该做什么?
当前回答
POSIX条件变量是无状态的。所以维护国家是你的责任。由于等待的线程和通知其他线程停止等待的线程都将访问该状态，因此必须使用互斥锁来保护它。如果您认为可以在没有互斥的情况下使用条件变量，那么您没有理解条件变量是无状态的。
条件变量是围绕条件构建的。等待条件变量的线程是在等待某种条件。发出条件变量信号的线程会改变该条件。例如，一个线程可能正在等待一些数据到达。其他线程可能会注意到数据已经到达。“数据已到”是条件。
下面是条件变量的经典用法，简化后:
while(1)
{
pthread_mutex_lock(&work_mutex);
while (work_queue_empty()) // wait for work
pthread_cond_wait(&work_cv, &work_mutex);
work = get_work_from_queue(); // get work
pthread_mutex_unlock(&work_mutex);
do_work(work); // do that work
}
查看线程是如何等待工作的。工作由互斥锁保护。等待释放互斥量，以便另一个线程可以给这个线程一些工作。它是如何发出信号的:
void AssignWork(WorkItem work)
{
pthread_mutex_lock(&work_mutex);
add_work_to_queue(work); // put work item on queue
pthread_cond_signal(&work_cv); // wake worker thread
pthread_mutex_unlock(&work_mutex);
}
注意，您需要互斥来保护工作队列。注意，条件变量本身并不知道是否有功。也就是说，条件变量必须与条件相关联，该条件必须由代码维护，并且由于它在线程之间共享，因此必须使用互斥锁进行保护。
其他回答
关于这一点有很多解释，但我想用一个例子来概括一下。
1 void thr_child() {
2 done = 1;
3 pthread_cond_signal(&c);
4 }
5 void thr_parent() {
6 if (done == 0)
7 pthread_cond_wait(&c);
8 }
代码片段有什么问题?在行动前稍作思考。
这个问题真的很微妙。如果父类调用 Thr_parent()，然后检查done的值，它会看到它是0和 因此，去睡觉吧。但就在它呼叫等待睡觉之前，父母 在6-7行之间被中断，并且子程序运行。子进程改变状态变量 Done to 1并发出信号，但没有线程在等待，因此没有线程 中醒来。当父进程再次运行时，它将永远处于休眠状态，这非常令人震惊。
如果它们是在分别获得锁时执行的呢?
条件变量与互斥锁相关联，因为这是互斥锁避免竞争的唯一方法。
// incorrect usage:
// thread 1:
while (notDone) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
bool ready = protectedReadyToRunVariable
pthread_mutex_unlock(&mutex);
if (ready) {
doWork();
} else {
pthread_cond_wait(&cond1); // invalid syntax: this SHOULD have a mutex
}
}
// signalling thread
// thread 2:
prepareToRunThread1();
pthread_mutex_lock(&mutex);
protectedReadyToRuNVariable = true;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
pthread_cond_signal(&cond1);
Now, lets look at a particularly nasty interleaving of these operations
pthread_mutex_lock(&mutex);
bool ready = protectedReadyToRunVariable;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
pthread_mutex_lock(&mutex);
protectedReadyToRuNVariable = true;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
pthread_cond_signal(&cond1);
if (ready) {
pthread_cond_wait(&cond1); // uh o!
此时，没有线程会向条件变量发出信号，因此thread1将永远等待，即使protectedReadyToRunVariable说它已经准备好了!
解决这个问题的唯一方法是让条件变量原子地释放互斥，同时开始等待条件变量。这就是为什么cond_wait函数需要一个互斥量
// correct usage:
// thread 1:
while (notDone) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
bool ready = protectedReadyToRunVariable
if (ready) {
pthread_mutex_unlock(&mutex);
doWork();
} else {
pthread_cond_wait(&mutex, &cond1);
}
}
// signalling thread
// thread 2:
prepareToRunThread1();
pthread_mutex_lock(&mutex);
protectedReadyToRuNVariable = true;
pthread_cond_signal(&mutex, &cond1);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
POSIX条件变量是无状态的。所以维护国家是你的责任。由于等待的线程和通知其他线程停止等待的线程都将访问该状态，因此必须使用互斥锁来保护它。如果您认为可以在没有互斥的情况下使用条件变量，那么您没有理解条件变量是无状态的。
条件变量是围绕条件构建的。等待条件变量的线程是在等待某种条件。发出条件变量信号的线程会改变该条件。例如，一个线程可能正在等待一些数据到达。其他线程可能会注意到数据已经到达。“数据已到”是条件。
下面是条件变量的经典用法，简化后:
while(1)
{
pthread_mutex_lock(&work_mutex);
while (work_queue_empty()) // wait for work
pthread_cond_wait(&work_cv, &work_mutex);
work = get_work_from_queue(); // get work
pthread_mutex_unlock(&work_mutex);
do_work(work); // do that work
}
查看线程是如何等待工作的。工作由互斥锁保护。等待释放互斥量，以便另一个线程可以给这个线程一些工作。它是如何发出信号的:
void AssignWork(WorkItem work)
{
pthread_mutex_lock(&work_mutex);
add_work_to_queue(work); // put work item on queue
pthread_cond_signal(&work_cv); // wake worker thread
pthread_mutex_unlock(&work_mutex);
}
注意，您需要互斥来保护工作队列。注意，条件变量本身并不知道是否有功。也就是说，条件变量必须与条件相关联，该条件必须由代码维护，并且由于它在线程之间共享，因此必须使用互斥锁进行保护。
一个条件变量是非常有限的，如果你只能信号一个条件，通常你需要处理一些数据，相关的条件被信号。信号/唤醒必须在不引入竞态条件的情况下实现，或者过于复杂
出于技术上的原因，pthread也会给你一个虚假的唤醒。这意味着您需要检查一个谓词，这样您就可以确保该条件确实发出了信号——并将其与虚假唤醒区分开来。检查这样一个条件是否等待它需要被保护——所以一个条件变量需要一种方法来原子地等待/唤醒，同时锁定/解锁一个保护该条件的互斥锁。
考虑一个简单的例子，在这个例子中，您被通知生成了一些数据。也许另一个线程创建了一些你想要的数据，并设置了指向该数据的指针。
想象一个生产者线程通过'some_data'将一些数据传递给另一个消费者线程 指针。
while(1) {
pthread_cond_wait(&cond); //imagine cond_wait did not have a mutex
char *data = some_data;
some_data = NULL;
handle(data);
}
你自然会得到很多竞态条件，如果另一个线程在你被唤醒后执行some_data = new_data，但在你执行data = some_data之前执行
你也不能创建自己的互斥锁来保护这种情况
while(1) {
pthread_cond_wait(&cond); //imagine cond_wait did not have a mutex
pthread_mutex_lock(&mutex);
char *data = some_data;
some_data = NULL;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
handle(data);
}
将不起作用，在唤醒和抓取互斥量之间仍然有可能出现竞争条件。将互斥锁放在pthread_cond_wait之前并不能像现在这样帮助您 在等待时持有互斥量——也就是说，生产者将永远无法获取互斥量。 (注意，在这种情况下，您可以创建第二个条件变量来通知生产者您已经完成了some_data的处理——尽管这将变得复杂，特别是如果您想要许多生产者/消费者。)
因此，在等待/从条件中醒来时，需要一种方法来原子地释放/获取互斥量。这就是pthread条件变量所做的，下面是你要做的:
while(1) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
while(some_data == NULL) { // predicate to acccount for spurious wakeups,would also
// make it robust if there were several consumers
pthread_cond_wait(&cond,&mutex); //atomically lock/unlock mutex
}
char *data = some_data;
some_data = NULL;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
handle(data);
}
(生产者自然需要采取同样的预防措施，总是用相同的互斥量保护'some_data'，并确保它不会覆盖some_data，如果some_data当前是!= NULL)
这似乎是一个具体的设计决策，而不是概念上的需求。
根据pthreads文档的说法，互斥锁没有被分离的原因是将它们组合在一起可以显著提高性能，并且由于通用的竞争条件，如果你不使用互斥锁，几乎总是会这样做。
https://linux.die.net/man/3/pthread_cond_wait
Features of Mutexes and Condition Variables It had been suggested that the mutex acquisition and release be decoupled from condition wait. This was rejected because it is the combined nature of the operation that, in fact, facilitates realtime implementations. Those implementations can atomically move a high-priority thread between the condition variable and the mutex in a manner that is transparent to the caller. This can prevent extra context switches and provide more deterministic acquisition of a mutex when the waiting thread is signaled. Thus, fairness and priority issues can be dealt with directly by the scheduling discipline. Furthermore, the current condition wait operation matches existing practice.
