我有多个读线程和一个写线程。如果我在其中一个读取线程上锁定互斥锁并从中发送广播，是否保证互斥锁将被等待 pthread_cond_wait() 的写线程锁定，或者是否有可能另一个正在等待 pthread_mutex_lock() 的读取线程将锁定互斥体？主要问题是 pthread_cond_wait() 是否优先于 pthread_mutex_lock()？
如果没有，我怎样才能实现互斥锁总是被 pthread_cond_broadcast() 上的写线程锁定？
例子
阅读线程：
pthread_mutex_lock(mutex);
pthread_cond_broadcast(cond);
pthread_mutex_unlock(mutex);
写线程：
pthread_mutex_lock(&mutex);
pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
【问题讨论】：
标签： c linux multithreading
让我们假设两个线程，读和写，在同一时刻到达pthread_mutex_lock。所以，要么写线程在pthread_mutex_lock调用上获取互斥锁，要么读线程。
如果是写线程，读线程将等待pthread_mutex_lock。写入，通过调用pthread_cond_wait 释放mutex 并阻塞cond。它是原子完成的。因此，当读取线程被授予mutex 时，我们可以确定读取线程等待cond。因此，cond 上的广播到达写入线程，它不再等待cond，但 - 仍在pthread_cond_wait 的范围内 - 尝试锁定 mutex（保持为读取线程）。在广播cond 后，读线程释放mutex 并进入写线程。所以写线程最终从pthread_cond_wait退出，mutex被锁定。记得稍后解锁。
如果是读线程，写线程将等待pthread_mutex_lock，读线程将在cond上广播一个信号，然后释放mutex。之后，写线程在pthread_mutex_lock 上获取mutex 并立即在其中释放pthread_cond_wait 等待cond（请注意，先前的cond 广播对当前的pthread_cond_wait 没有影响）。在读取线程的下一次迭代中，它在mutex 上获得锁定，在cond 上发送广播并解锁mutex。这意味着写线程在cond 上向前移动并在mutex 上获得锁。
它是否回答了您关于优先级的问题？
评论后更新。
假设我们有一个线程（我们将其命名为A 以供将来参考）持有mutex 上的锁，并且很少有其他线程试图获取相同的锁。一旦第一个线程释放了锁，就无法预测哪个线程会获得锁。此外，如果A 线程有一个循环并试图重新获取mutex 上的锁，则它有可能被授予此锁而其他线程将继续等待。添加pthread_cond_wait 不会更改授予锁定范围内的任何内容。
让我引用 POSIX 规范的片段（参见 https://stackoverflow.com/a/9625267/2989411 以供参考）：
这些函数以原子方式释放互斥体并导致调用线程阻塞条件变量 cond； atomically 这里的意思是“原子地相对于另一个线程访问互斥锁，然后是条件变量”。也就是说，如果另一个线程能够在即将阻塞的线程释放后获得互斥锁，那么该线程中对 pthread_cond_broadcast() 或 pthread_cond_signal() 的后续调用将表现得就好像它是在 about-- to-block 线程已阻塞。
这只是标准对操作顺序的保证。向其他线程授予锁的顺序是相当不可预测的，它会根据一些非常细微的时序波动而变化。
只有互斥量相关的代码，请用下面的代码玩一下：
#define _GNU_SOURCE
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
void *th(void *arg) {
int i;
char *s = arg;
for (i = 0; i < 10; ++i) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
printf("%s %d\n", s, i);
//sleep(1);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
#if 0
pthread_yield();
#endif
}
return NULL;
}
int main() {
int i;
for (i = 0; i < 10; ++i) {
pthread_t t1, t2, t3;
printf("================================\n");
pthread_create(&t1, NULL, th, "t1");
pthread_create(&t2, NULL, th, " t2");
pthread_create(&t3, NULL, th, " t3");
pthread_join(t1, NULL);
pthread_join(t2, NULL);
pthread_join(t3, NULL);
}
return 0;
}
在一台机器（单 CPU）上，它总是显示从 t3 开始的整个循环，然后是 t2，最后是 t1。在另一个（2 个核心）上，线程的顺序更加随机，但几乎总是在将互斥锁授予其他线程之前显示每个线程的整个循环。很少有这样的情况：
t1 8
t1 9
t3 0
t2 0
t2 1
[removed other t2 output]
t2 8
t2 9
t3 1
t3 2
通过将#if 0 替换为#if 1 来启用pthread_yield，并观察结果并检查输出。对我来说，它的工作方式是两个线程交错显示它们的输出，然后第三个线程终于有机会工作了。添加另一个或更多线程。玩睡眠等。它确认了随机行为。
如果您想尝试一下，请编译并运行以下代码。这是单个生产者 - 多个消费者模型的示例。它可以使用两个参数运行：第一个是消费者线程的数量，第二个是生产数据系列的长度。如果没有给定参数，则有一个消费者线程和 120 个要处理的项目。我还建议在标记为 /* play here */ 的地方使用 sleep/usleep：更改参数的值，完全删除 sleep，在适当的时候将其移动到关键部分或替换为 pthread_yield 并观察行为变化。
#define _GNU_SOURCE
#include <assert.h>
#include <limits.h>
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
struct data_t {
int seq;
int payload;
struct data_t *next;
};
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
struct data_t *first = NULL, *last = NULL;
int in_progress = 1;
int num_data = 120;
void push(int seq, int payload) {
struct data_t *e;
e = malloc(sizeof(struct data_t));
e->seq = seq;
e->payload = payload;
e->next = NULL;
if (last == NULL) {
assert(first == NULL);
first = last = e;
} else {
last->next = e;
last = e;
}
}
struct data_t pop() {
struct data_t res = {0};
if (first == NULL) {
res.seq = -1;
} else {
res.seq = first->seq;
res.payload = first->payload;
first = first->next;
if (first == NULL) {
last = NULL;
}
}
return res;
}
void *producer(void *arg __attribute__((unused))) {
int i;
printf("producer created\n");
for (i = 0; i < num_data; ++i) {
int val;
sleep(1); /* play here */
pthread_mutex_lock(&mutex);
val = rand() / (INT_MAX / 1000);
push(i, val);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
pthread_cond_signal(&cond);
printf("prod %3d %3d signaled\n", i, val);
}
in_progress = 0;
printf("prod end\n");
pthread_cond_broadcast(&cond);
printf("prod end signaled\n");
return NULL;
}
void *consumer(void *arg) {
char c_id[1024];
int t_id = *(int *)arg;
sprintf(c_id, "%*s c %02d", t_id % 10, "", t_id);
printf("%s created\n", c_id);
while (1) {
struct data_t item;
pthread_mutex_lock(&mutex);
item = pop();
while (item.seq == -1 && in_progress) {
printf("%s waits for data\n", c_id);
pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
printf("%s got signal\n", c_id);
item = pop();
}
if (!in_progress && item.seq == -1) {
printf("%s detected end of data.\n", c_id);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
break;
}
pthread_mutex_unlock(&mutex);
printf("%s processing %3d %3d\n", c_id, item.seq, item.payload);
sleep(item.payload % 10); /* play here */
printf("%s processed %3d %3d\n", c_id, item.seq, item.payload);
}
printf("%s end\n", c_id);
return NULL;
}
int main(int argc, char *argv[]) {
int num_cons = 1;
pthread_t t_prod;
pthread_t *t_cons;
int i;
int *nums;
if (argc > 1) {
num_cons = atoi(argv[1]);
if (num_cons == 0) {
num_cons = 1;
}
if (num_cons > 99) {
num_cons = 99;
}
}
if (argc > 2) {
num_data = atoi(argv[2]);
if (num_data < 10) {
num_data = 10;
}
if (num_data > 600) {
num_data = 600;
}
}
printf("Spawning %d consumer%s for %d items.\n", num_cons, num_cons == 1 ? "" : "s", num_data);
t_cons = malloc(sizeof(pthread_t) * num_cons);
nums = malloc(sizeof(int) * num_cons);
if (!t_cons || !nums) {
printf("Out of memory!\n");
exit(1);
}
srand(time(NULL));
pthread_create(&t_prod, NULL, producer, NULL);
for (i = 0; i < num_cons; ++i) {
nums[i] = i + 1;
usleep(100000); /* play here */
pthread_create(t_cons + i, NULL, consumer, nums + i);
}
pthread_join(t_prod, NULL);
for (i = 0; i < num_cons; ++i) {
pthread_join(t_cons[i], NULL);
}
free(nums);
free(t_cons);
return 0;
}
我希望我已经消除了您的疑虑，并为您提供了一些代码来试验并获得对 pthread 行为的信心。
【讨论】：