pthread_cond_timedwait 代替sleep

摘要：多线程编程中，线程A循环计算，然后sleep一会接着计算（目的是减少CPU利用率）；存在的问题是，如果要关闭程序，通常选择join线程A等待线程A退出，可是我们必须等到sleep函数返回，该线程A才能正常退出，这无疑减慢了程序退出的速度。当然，你可以terminate线程A，但这样做很不优雅，且会存在一些未知问题。采用pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t * cond, pthread_mutex_t *mutex, const struct timespec * abstime)可以优雅的解决该问题，设置等待条件变量cond，如果超时，则返回；如果等待到条件变量cond，也返回。本文暂不将内部机理，仅演示一个demo。

首先，看这段代码，thr_fn为一个线程函数：

bool flag = true;
void * thr_fn(void * arg) {
  while (flag){
    printf(".\n");
    sleep(10);
  }
  printf("thread exit\n");
}
 
int main() {
  pthread_t thread;
  if (0 != pthread_create(&thread, NULL, thr_fn, NULL)) {
    printf("error when create pthread,%d\n", errno);
    return 1;
  }
 
  char c ;
  while ((c = getchar()) != 'q');
 
  printf("Now terminate the thread!\n");
  flag = false;
  printf("Wait for thread to exit\n");
  pthread_join(thread, NULL);
  printf("Bye\n");
  return 0;
}

输入q后，需要等线程从sleep中醒来（由挂起状态变为运行状态），即最坏情况要等10s，线程才会被join。采用sleep的缺点：不能及时唤醒线程。

采用pthread_cond_timedwait函数实现的如下：

#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>;
#include <unistd.h>;
#include <pthread.h>;
#include <errno.h>;
 
pthread_t thread;
pthread_cond_t cond;
pthread_mutex_t mutex;
bool flag = true;
 
void * thr_fn(void * arg) {
  struct timeval now;
  struct timespec outtime;
  pthread_mutex_lock(&mutex);
  while (flag) {
    printf(".\n");
    gettimeofday(&now, NULL);
    outtime.tv_sec = now.tv_sec + 5;
    outtime.tv_nsec = now.tv_usec * 1000;
    pthread_cond_timedwait(&cond, &mutex, &outtime);
  }
  pthread_mutex_unlock(&mutex);
  printf("thread exit\n");
}
 
int main() {
  pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
  pthread_cond_init(&cond, NULL);
  if (0 != pthread_create(&thread, NULL, thr_fn, NULL)) {
    printf("error when create pthread,%d\n", errno);
    return 1;
  }
  char c ;
  while ((c = getchar()) != 'q');
  printf("Now terminate the thread!\n");
  flag = false;
  pthread_mutex_lock(&mutex);
  pthread_cond_signal(&cond);
  pthread_mutex_unlock(&mutex);
  printf("Wait for thread to exit\n");
  pthread_join(thread, NULL);
  printf("Bye\n");
  return 0;
}

说明(翻译摘要中提供的连接，翻译的不好，凑合的看吧)：

pthread_cond_timedwait()函数阻塞住调用该函数的线程，等待由cond指定的条件被触发（pthread_cond_broadcast() or pthread_cond_signal()）。

当pthread_cond_timedwait()被调用时，调用线程必须已经锁住了mutex。函数pthread_cond_timedwait()会对mutex进行【解锁和执行对条件的等待】（原子操作）。这里的原子意味着：解锁和执行条件的等待是原则的，一体的。（In this case, atomically means with respect to the mutex and the condition variable and other access by threads to those objects through the pthread condition variable interfaces.）

如果等待条件满足或超时，或线程被取消，调用线程需要在线程继续执行前先自动锁住mutex，如果没有锁住mutex，产生EPERM错误。即，该函数返回时，mutex已经被调用线程锁住。

等待的时间通过abstime参数（绝对系统时间，过了该时刻就超时）指定，超时则返回ETIMEDOUT错误码。开始等待后，等待时间不受系统时钟改变的影响。

尽管时间通过秒和纳秒指定，系统时间是毫秒粒度的。需要根据调度和优先级原因，设置的时间长度应该比预想的时间要多或者少点。可以通过使用系统时钟接口gettimeofday()获得timeval结构体。

注: 为了可靠的使用条件变量和确保不忘记对条件变量的唤醒操作，应该采用一个bool变量和mutex变量同条件变量配合使用。如本文demo。