使用互斥锁和条件变量调度多线程

Question

我正在尝试创建四个线程来打印一些消息。
我在同步方面遇到了一些问题。

这是我的 main() 的样子

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;    
pthread_cond_t  cond  = PTHREAD_COND_INITIALIZER; 
int count = 4;

int main (void)
{
    pthread_t thread1, thread2, thread3, thread4;
    pthread_create (&thread4, NULL, function4, NULL);
    pthread_create (&thread3, NULL, function3, NULL);
    pthread_create (&thread2, NULL, function2, NULL);
    pthread_create (&thread1, NULL, function1, NULL);

    pthread_join (thread1, NULL);
    pthread_join (thread2, NULL);
    pthread_join (thread3, NULL);
    pthread_join (thread4, NULL);
    return 0;                                                                   
}

function1() 打印 Function 1，function2() 打印 Function 2 等等。

所需的输出应如下所示：

Function 1   
Function 2  
Function 3  
Function 4

实际输出：

Function 1
/* Infinitely runs (Deadlock maybe) */

实际问题：
我们可以使用一个条件变量来同步两个或多个线程吗？如果是怎么办？

如果没有，我该如何解决这个问题？

这里是function(n)

的定义

void *function1 ()
{
    while (1)
    {
    if (count == 4)
        {
            pthread_mutex_lock (&mutex);
            printf("Function 1\n");
            count --;
            pthread_mutex_unlock (&mutex);
            pthread_cond_signal (&cond);
            return NULL;
        }
      else
          pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
    }
    return NULL;
}

void *function2 ()
{
while (1)
    {
        if (count == 3)                                                         
        {
            pthread_mutex_lock (&mutex);
            printf("Function 2\n");
            count--;
            pthread_mutex_unlock (&mutex);
            pthread_cond_signal (&cond);                                        
            return NULL;
        }
        else                                                                    
            pthread_cond_wait(&cond, &mutex);        
    }
    return NULL;
}

void *function3 ()
{
    while (1)
    {
        if(count == 2)
        {
            pthread_mutex_lock (&mutex);
            printf("Function 3\n");
            count--;
            pthread_mutex_unlock (&mutex);
            pthread_cond_signal (&cond);
            return NULL;
        }
        else
            pthread_cond_wait(&cond, &mutex);      
    }
    return NULL;
}

void *function4 ()
{
    while (1)
    {
        if(count == 1)
        {
            pthread_mutex_lock (&mutex);
            printf("Function 4\n");
            pthread_mutex_unlock (&mutex);
            pthread_cond_signal (&cond);
            return NULL;
        }
        else
            pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
    }
    return NULL;
}

Answer 1

所需的更改很简单：

而不是：

else
    pthread_cond_wait(&cond, &mutex);

这样做：

else {
    pthread_mutex_lock (&mutex);
    pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
    pthread_mutex_unlock (&mutex);
}

这些更改对我有用，但如果没有更改，会导致不可预测的行为。

编辑：

上面提到的这种简单方法仍然存在竞争条件，并且没有解决 signal 与 broadcast 的问题。为避免这种情况，代码的结构应如下所示：

pthread_mutex_lock (&mutex);
if (count == 4)
{
    printf("Function 1\n");
    count --;
    pthread_mutex_unlock (&mutex);
    pthread_cond_broadcast (&cond); // NOTE: broadcast, not signal!
    return NULL;
 }
else
    pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
pthread_mutex_unlock (&mutex);

请注意，pthread_cond_broadcast 是必需的，因为您想要唤醒所有线程。

Answer 2

经过更清晰的了解，我已经解决了这个问题。
这是竞争条件的情况。

代码有问题：

使用pthread_cond_broadcast代替pthread_cond_signal。
来自 man 页

The pthread_cond_broadcast() function shall unblock all threads currently blocked on the specified condition variable cond.

The pthread_cond_signal() function shall unblock at least one of the threads that are blocked on the specified condition variable cond
在检查 if (count == X) 之前未获取 lock，需要一个在此之前放置一个锁（因为 count 是 global/shared 变量）。
如果控件转到 else，则不放置 unlock。自从一把锁已经放置（早于 else），您需要 unlock 它。

如果你不这样做，其他线程将尝试lock一个互斥量，那已经被锁定，导致竞争条件。

函数应该如下

void *function1 ()
{
    while (1)
    {
        /* Take a lock on the Mutex */
        pthread_mutex_lock (&mutex);
        if (4 == count)
        {
            printf("Function 1\n");    /* Perform your task */
            count--;
            /* Once operation on shared variable (count) is completed, release lock*/
            pthread_mutex_unlock (&mutex);

            /* Broadcast to other threads about completion of task */
            pthread_cond_broadcast (&cond);
            return NULL;
        }
        else 
        { 
            /* If count doesnt match, wait on the condition (wait for signal from other threads) */
            pthread_cond_wait(&cond, &mutex);   
            /* Unlock the mutex, since it was locked earlier - else goes to deadlock */
            pthread_mutex_unlock (&mutex);
        }
    }
    return NULL;
}

Here 是完整的工作代码。

使用互斥锁和条件变量调度多线程

Scheduling of Multiple Threads using Mutex and Condition Variable

c

multithreading

synchronization

mutex

condition-variable