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条件变量是一种在多线程环境中用于同步的机制，通过共享全局变量实现线程间的一致性操作。其主要功能是允许一个线程等待某个条件满足而暂停（条件等待），另一个线程则可以给予条件满足信号（激发条件）。为了防止竞争条件的产生，条件变量的使用通常与互斥锁结合使用。

1. 创建和注销条件变量

条件变量的创建和销毁与互斥锁类似，提供了静态和动态两种方式：

• 静态创建：通过PTHREAD_COND_INITIALIZER常量初始化条件变量。例如：

  pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

• 动态创建：调用pthread_cond_init()函数，API定义如下：

  int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr);

  在LinuxThreads实现中，cond_attr通常为NULL且被忽略。条件变量没有属性资源，因此注销时只需检查是否有线程正在等待该条件。

• 注销条件变量：调用pthread_cond_destroy()，API如下：

  int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

  注销成功的条件是没有线程正在等待该条件，否则返回EBUSY。

2. 条件等待与激发

条件变量的等待和激发操作如下：

• 无条件等待：pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex)

• 计时等待：pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex, const struct timespec *abstime)

pthread_cond_wait和pthread_cond_timedwait都需要与一个互斥锁配合使用，以防止竞争条件。互斥锁必须是PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP或PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP类型，且在调用等待函数前必须由本线程加锁。互斥锁在条件满足时会被重新加锁，以确保线程进入等待前的加锁动作得到对应。

• 激发条件：pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond)激活一个等待该条件的线程，pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond)激活所有等待该条件的线程。

典型应用示例

考虑以下场景：两个线程A和B分别执行decrement_count和increment_count函数，管理一个计数器count。假设线程A首先执行decrement_count：

#include 
   
    #include 
    
     static pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;static pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;unsigned count = 0;void decrement_count() {    pthread_mutex_lock(&mtx);    while (count == 0) {        pthread_cond_wait(&cond, &mtx);    }    count--;    pthread_mutex_unlock(&mtx);}
    
   

线程B执行increment_count：

void increment_count() {    pthread_mutex_lock(&mtx);    if (count == 0) {        pthread_cond_signal(&cond);    }    count++;    pthread_mutex_unlock(&mtx);}

在这种设计中：

• 线程A通过pthread_cond_wait被阻塞至count不为零。
• 线程B在count为零时激活条件，唤醒线程A。
• 线程A随后获得互斥锁，减少count并解锁。
• 线程B增加count并解锁。

这种设计确保了计数器的正确性和线程安全，避免了竞争和死锁。

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