【Boost】boost库中thread多线程详解10——condition条件变量

有的时候仅仅依靠锁住共享资源来使用它是不够的。有时候共享资源只有某些状态的时候才能够使用。比方说，某个线程如果要从堆栈中读取数据，那么如果栈中没有数据就必须等待数据被压栈。这种情况下的同步使用互斥体是不够的。另一种同步的方式－－条件变量，就可以使用在这种情况下。条件变量的使用总是和互斥体及共享资源联系在一起的。线程首先锁住互斥体，然后检验共享资源的状态是否处于可使用的状态。如果不是，那么线程就要等待条件变量。要指向这样的操作就必须在等待的时候将互斥体解锁，以便其他线程可以访问共享资源并改变其状态。它还得保证从等到得线程返回时互斥体是被上锁得。当另一个线程改变了共享资源的状态时，它就要通知正在等待条件变量得线程，并将之返回等待的线程。List4是一个使用了boost::condition的简单例子。有一个实现了有界缓存区的类和一个固定大小的先进先出的容器。由于使用了互斥体boost::mutex，这个缓存区是线程安全的。put和get使用条件变量来保证线程等待完成操作所必须的状态。有两个线程被创建，一个在buffer中放入100个整数，另一个将它们从buffer中取出。这个有界的缓存一次只能存放10个整数，所以这两个线程必须周期性的等待另一个线程。为了验证这一点，put和get在std::cout中输出诊断语句。最后，当两个线程结束后，main函数也就执行完毕了。

#include <boost/thread/thread.hpp>
#include <boost/thread/mutex.hpp>
#include <boost/thread/condition.hpp>
#include <iostream>

const int BUF_SIZE = 10;
const int ITERS = 100;

boost::mutex io_mutex;

class buffer
{
public:
typedef boost::mutex::scoped_lock
scoped_lock;

buffer()
: p(0), c(0), full(0)
{
}

void put(int m)
{
scoped_lock lock(mutex);
if (full == BUF_SIZE)
{
{
boost::mutex::scoped_lock
lock(io_mutex);
std::cout <<
"Buffer is full. Waiting..."
<< std::endl;
}
while (full == BUF_SIZE)
cond.wait(lock);
}
buf[p] = m;
p = (p+1) % BUF_SIZE;
++full;
cond.notify_one();
}

int get()
{
scoped_lock lk(mutex);
if (full == 0)
{
{
boost::mutex::scoped_lock
lock(io_mutex);
std::cout <<
"Buffer is empty. Waiting..."
<< std::endl;
}
while (full == 0)
cond.wait(lk);
}
int i = buf[c];
c = (c+1) % BUF_SIZE;
--full;
cond.notify_one();
return i;
}

private:
boost::mutex mutex;
boost::condition cond;
unsigned int p, c, full;
int buf[BUF_SIZE];
};

buffer buf;

void writer()
{
for (int n = 0; n < ITERS; ++n)
{
{
boost::mutex::scoped_lock
lock(io_mutex);
std::cout << "sending: "
<< n << std::endl;
}
buf.put(n);
}
}

void reader()
{
for (int x = 0; x < ITERS; ++x)
{
int n = buf.get();
{
boost::mutex::scoped_lock
lock(io_mutex);
std::cout << "received: "
<< n << std::endl;
}
}
}

int main(int argc, char* argv[])
{
boost::thread thrd1(&reader);
boost::thread thrd2(&writer);
thrd1.join();
thrd2.join();
return 0;
}

    当需要线程等待某个事物时，可以创建一个condition对象，然后通过这个对象来通知那些等待的线程。

#include <iostream>
#include <boost/thread/thread.hpp>
#include <boost/thread/condition.hpp>
#include <boost/thread/mutex.hpp>
#include <list>
#include <string>

class Request { /*...*/ };

// A simple job queue class; don't do this, use std::queue
template<typename T>
class JobQueue {
public:
JobQueue( ) {}
~JobQueue( ) {}

void submitJob(const T& x) {
boost::mutex::scoped_lock lock(mutex_);
list_.push_back(x);
workToBeDone_.notify_one( );
}

T getJob( ) {
boost::mutex::scoped_lock lock(mutex_);

workToBeDone_.wait(lock);// Wait until this condition is
// satisfied, then lock the mutex
T tmp = list_.front( );
list_.pop_front( );
return(tmp);
}

private:
std::list<T> list_;
boost::mutex mutex_;
boost::condition workToBeDone_;
};

JobQueue<Request> myJobQueue;

void boss( ) {
for (;;) {
// Get the request from somewhere
Request req;
myJobQueue.submitJob(req);
}
}

void worker( ) {
for (;;) {
Request r(myJobQueue.getJob( ));
// Do something with the job...
}
}

int main( ) {
boost::thread thr1(boss);
boost::thread thr2(worker);
boost::thread thr3(worker);

thr1.join( );
thr2.join( );
thr3.join( );
}

boost::mutex::scoped_lock lock(mutex_);
workToBeDone_.wait(lock);

     这两行代码，第一行锁定这个mutex对象。第二行代码解开这个mutex上的锁，然后进行等待或者休眠，直到它的条件得到了满足。这个mutex互斥对象的解锁让其他的线程能够使用这个mutex对象，它们中的某个需要设置这个等待条件，之后通知另外的线程。

    notify_all函数，通知那些所有正在等待某个条件变为真的线程，那些线程随后进入运行状态。wait方法做两件事情：它一直等待直到有人在它正等待的condition上调用notify_one或notify_all，然后它就试图锁定相关的mutex。当调用的是notify_all时，尽管多个等待的线程都尽量去获得下一个锁，但谁将获得依赖于这个mutex的类型和使用的优先策略。

    一个condition对象能让消费者线程休眠，因此在还没有碰到一个condition时处理器可以去处理别的事情。例如一个web服务器使用一个工作线程池来处理进来的请求。当没有需求进来时，让这些子线程处于等待状态比让它们循环的查询或者睡眠然后偶尔唤醒来检查这个队列，要好很多。