面试题：C语言Linux多线程条件变量的应用

设计思路

初始化：初始化互斥锁和条件变量，为线程间同步做准备。
生产者线程：生产数据，获取互斥锁，将数据放入共享缓冲区，然后通知等待在条件变量上的消费者线程。
消费者线程：获取互斥锁，检查共享缓冲区是否有数据，若没有则等待在条件变量上，有数据则取出数据并处理。
清理：程序结束时，销毁互斥锁和条件变量。

核心代码片段

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define BUFFER_SIZE 10
int buffer[BUFFER_SIZE];
int in = 0;
int out = 0;

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

// 生产者线程函数
void *producer(void *arg) {
    int item = 0;
    while (1) {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        while ((in + 1) % BUFFER_SIZE == out) {
            // 缓冲区满，等待
            pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
        }
        buffer[in] = item++;
        printf("Produced: %d\n", buffer[in]);
        in = (in + 1) % BUFFER_SIZE;
        pthread_cond_signal(&cond);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    return NULL;
}

// 消费者线程函数
void *consumer(void *arg) {
    while (1) {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        while (in == out) {
            // 缓冲区空，等待
            pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
        }
        int item = buffer[out];
        printf("Consumed: %d\n", item);
        out = (out + 1) % BUFFER_SIZE;
        pthread_cond_signal(&cond);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    return NULL;
}

在 main 函数中创建生产者和消费者线程：

int main() {
    pthread_t producer_thread, consumer_thread;

    pthread_create(&producer_thread, NULL, producer, NULL);
    pthread_create(&consumer_thread, NULL, consumer, NULL);

    pthread_join(producer_thread, NULL);
    pthread_join(consumer_thread, NULL);

    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    pthread_cond_destroy(&cond);

    return 0;
}

条件变量与互斥锁配合使用要点

先加锁：在调用 pthread_cond_wait 之前必须先获取互斥锁，因为 pthread_cond_wait 函数会自动释放互斥锁并使线程等待，当被唤醒时又会重新获取该互斥锁。
检查条件：在等待条件变量时，应该使用循环检查条件，而不是单次检查，以防止虚假唤醒（spurious wakeup）。虚假唤醒是指线程可能在没有调用 pthread_cond_signal 或 pthread_cond_broadcast 的情况下被唤醒。
信号发送：在条件满足时，调用 pthread_cond_signal 或 pthread_cond_broadcast 通知等待在条件变量上的线程。pthread_cond_signal 通常用于唤醒单个等待线程，pthread_cond_broadcast 用于唤醒所有等待线程。在调用这些函数前，也需要持有互斥锁。
锁的范围：确保互斥锁保护的是与条件变量相关的共享资源，且在使用条件变量的整个过程中，对共享资源的访问都在互斥锁的保护下。
清理：程序结束时，务必正确销毁互斥锁和条件变量，避免资源泄漏。

星途面试题库

面试题：C语言Linux多线程条件变量的应用

知识考点

面试题答案

设计思路

核心代码片段

条件变量与互斥锁配合使用要点