使用条件变量（c、gcc）时的意外行为

Question

我正在尝试学习如何在 C 中正确使用条件变量。 作为我自己的练习，我正在尝试制作一个带有 2 个线程的小程序，这些线程在无限循环中打印“Ping”，然后是“Pong”。

我写了一个小程序：

pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

void* T1(){
    printf("thread 1 started\n");

    while(1)
    {
        pthread_mutex_lock(&lock);
        sleep(0.5);
        printf("ping\n");
        pthread_cond_signal(&cond);
        pthread_mutex_unlock(&lock);
        pthread_cond_wait(&cond,&lock);
    }
}

void* T2(){
    printf("thread 2 started\n");

    while(1)
    {
        pthread_cond_wait(&cond,&lock);
        pthread_mutex_lock(&lock);
        sleep(0.5);
        printf("pong\n");
        pthread_cond_signal(&cond);
        pthread_mutex_unlock(&lock);
    }
}

int main(void)
{
    int i = 1;
    pthread_t t1;
    pthread_t t2;



    printf("main\n");
    pthread_create(&t1,NULL,&T1,NULL);
    pthread_create(&t2,NULL,&T2,NULL);
    while(1){
        sleep(1);
        i++;
    }
    return EXIT_SUCCESS;
}

当运行这个程序时，我得到的输出是：

main
thread 1 started
thread 2 started
ping

知道程序没有按预期执行的原因是什么吗？

提前致谢。

Answer 1

sleep 采用整数，而不是浮点数。不确定sleep(0) 在您的系统上做了什么，但这可能是您的问题之一。

你需要在调用pthread_cond_wait时持有互斥锁。

裸条件变量（即不指示在其他地方读取条件的条件变量）几乎总是错误的。条件变量表明我们正在等待的东西可能已经准备好被消费了，它们不是用于信号的（不是因为它是非法的，而是因为很难让它们正确地用于纯信号）。所以一般情况下会是这样的：

 /* consumer here */
 pthread_mutex_lock(&something_mutex);
 while (something == 0) {
     pthread_cond_wait(&something_cond, &something_mutex);
 }
 consume(something);
 pthread_mutex_unlock(&something_mutex);

 /* ... */

 /* producer here. */
 pthread_mutex_lock(&something_mutex);
 something = 4711;
 pthread_cond_signal(&something_cond, &something_mutex);
 pthread_mutex_unlock(&something_mutex);

拿着锁睡觉是个坏主意。

T1 和 T2 不是用作 pthread_create 的函数的有效函数，它们应该接受参数。做对了。

您在 cond_signal 和 cond_wait 之间的每个线程中都在与自己竞争，因此每个线程可能一直都在向自己发出信号并不是不可信的。 （在对 pthread_cond_wait 的调用中正确持有互斥锁可能会有所帮助，也可能不会，这就是为什么我说正确获取裸条件变量很难，因为确实如此）。

Answer 2

首先，您永远不应该使用 sleep() 来同步线程（如果您需要降低输出速度，请使用 nanosleep()）。您可能需要（通常使用）共享变量ready 让每个线程知道他可以打印消息。在创建pthread_cond_wait() 之前，您必须获得锁，因为pthread_cond_wait() 函数将阻塞条件变量。它应该被调用线程锁定的互斥锁或未定义的行为结果调用。

步骤是：

1. 获取锁
2. 在guard[*]中使用共享变量等待一段时间
3. 做事
4. 更改共享变量的值以进行同步（如果您有的话）和您完成工作的信号/广播
5. 解除锁定

第 4 步和第 5 步可以颠倒。

[*]您使用pthread_cond_wait() 来释放互斥锁并阻塞条件变量上的线程，当使用条件变量时，总是有一个布尔谓词涉及与每个条件相关联的共享变量等待，如果线程应该继续，因为可能会发生虚假唤醒。 watch more here

pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
int ready = 0;
void* T1(){
    printf("thread 1 started\n");

    while(1)
    {
        pthread_mutex_lock(&lock);
        while(ready == 1){
            pthread_cond_wait(&cond,&lock);
        }
        printf("ping\n");
        ready = 1;
        pthread_cond_signal(&cond);
        pthread_mutex_unlock(&lock);
    }
}

void* T2(){
    printf("thread 2 started\n");

    while(1)
    {
        pthread_mutex_lock(&lock);
        while(ready == 0){
            pthread_cond_wait(&cond,&lock);
        }
        printf("pong\n");
        ready = 0;
        pthread_cond_signal(&cond);
        pthread_mutex_unlock(&lock);
    }
}

int main(void)
{
    int i = 1;
    pthread_t t1;
    pthread_t t2;



    printf("main\n");
    pthread_create(&t1,NULL,&T1,NULL);
    pthread_create(&t2,NULL,&T2,NULL);
    pthread_join(t1,NULL);
    pthread_join(t2,NULL);
    return EXIT_SUCCESS;
}

您还应该在main 中使用pthread_join() 而不是while(1)