条件变量是线程可用的另一种同步机制。条件变量给多个线程提供了一个会合的场所。条件变量与互斥量一起使用时，允许线程以无竞争的方式等待特定的条件发生。

条件本身是由互斥量保护的。线程在改变条件状态之前必须首先锁住互斥量。其他线程在获得互斥量之前不会察觉到这种改变，因为互斥量必须在锁定以后才能计算条件。

在使用条件变量之前，必须先对它进行初始化。由pthread_cond_t数据类型表示的条件变量可以用两种方式进行初始化，可以把常量PTHREAD_COND_INITIALIZER赋给静态分配的条件变量，但是如果条件变量是动态分配的，则需要使用pthread_cond_init函数对它进行初始化。

在释放条件变量底层的内存空间之前，可以使用pthread_cond_destroy函数对条件变量进行反初始化（deinitialize）。

#include <pthread.h>
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr);
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
//两个函数的返回值：若成功，返回0；否则，返回错误编号

除非需要创建一个具有非默认属性的条件变量，否则pthread_cond_init函数的attr参数可以设置为NULL。我们将在12.4.3节中讨论条件变量属性。

我们使用pthread_cond_wait等待条件变量变为真。如果在给定的时间内条件不能满足，那么会生成一个返回错误码的变量。

#include <pthread.h>
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex);
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrictcond, pthread_mutex_t *restrict mutex,const struct timespec *restrict tsptr);
//两个函数的返回值：若成功，返回0；否则，返回错误编号

传递给pthread_cond_wait的互斥量对条件进行保护。调用者把锁住的互斥量传给函数，函数然后自动把调用线程放到等待条件的线程列表上，对互斥量解锁。这就关闭了条件检查和线程进入休眠状态等待条件改变这两个操作之间的时间通道，这样线程就不会错过条件的任何变化。pthread_cond_wait返回时，互斥量再次被锁住。

pthread_cond_timedwait函数的功能与pthread_cond_wait函数相似，只是多了一个超时（tsptr）。超时值指定了我们愿意等待多长时间，它是通过timespec结构指定的。

如图11-13所示，需要指定愿意等待多长时间，这个时间值是一个绝对数而不是相对数。例如，假设愿意等待3分钟。那么，并不是把3分钟转换成timespec结构，而是需要把当前时间加上3分钟再转换成timespec结构。

可以使用clock_gettime函数（见6.10节）获取timespec结构表示的当前时间。但是目前并不是所有的平台都支持这个函数，因此，也可以用另一个函数 gettimeofday 获取timeval结构表示的当前时间，然后把这个时间转换成timespec结构。要得到超时值的绝对时间，可以使用下面的函数（假设阻塞的最大时间使用分来表示的）：

#include <sys/time.h>
#include <stdlib.h>
void
maketimeout(struct timespec *tsp, long minutes){
    struct timeval now;
    /* get the current time */
    gettimeofday(&now, NULL);
    tsp->tv_sec = now.tv_sec;
    tsp->tv_nsec = now.tv_usec * 1000; /* usec to nsec*/
    /* add the offset to get timeout value */
    tsp->tv_sec += minutes * 60;
}

如果超时到期时条件还是没有出现，pthread_cond_timewait 将重新获取互斥量，然后返回错误ETIMEDOUT。从pthread_cond_wait或者pthread_cond_timedwait调用成功返回时，线程需要重新计算条件，因为另一个线程可能已经在运行并改变了条件。

有两个函数可以用于通知线程条件已经满足。pthread_cond_signal函数至少能唤醒一个等待该条件的线程，而pthread_cond_broadcast函数则能唤醒等待该条件的所有线程。

POSIX 规范为了简化pthread_cond_signal 的实现，允许它在实现的时候唤醒一个以上的线程。

#include <pthread.h>
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
//两个函数的返回值：若成功，返回0；否则，返回错误编号

在调用pthread_cond_signal或者pthread_cond_broadcast时，我们说这是在给线程或者条件发信号。必须注意，一定要在改变条件状态以后再给线程发信号。

实例

图11-15给出了如何结合使用条件变量和互斥量对线程进行同步。

#include <pthread.h>

struct msg {
    struct msg *m_next;
    /* ... more stuff here ... */
};

struct msg *workq;

pthread_cond_t qready = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

pthread_mutex_t qlock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void
process_msg(void)
{
    struct msg *mp;

    for (;;) {
        pthread_mutex_lock(&qlock);
        while (workq == NULL)
            pthread_cond_wait(&qready, &qlock);
        mp = workq;
        workq = mp->m_next;
        pthread_mutex_unlock(&qlock);
        /* now process the message mp */
    }
}

void
enqueue_msg(struct msg *mp)
{
    pthread_mutex_lock(&qlock);
    mp->m_next = workq;
    workq = mp;
    pthread_mutex_unlock(&qlock);
    pthread_cond_signal(&qready);
}

图11-15 使用条件变量

条件是工作队列的状态。我们用互斥量保护条件，在 while循环中判断条件。把消息放到工作队列时，需要占有互斥量，但在给等待线程发信号时，不需要占有互斥量。只要线程在调用pthread_cond_signal之前把消息从队列中拖出了，就可以在释放互斥量以后完成这部分工作。因为我们是在 while 循环中检查条件，所以不存在这样的问题：线程醒来，发现队列仍为空，然后返回继续等待。如果代码不能容忍这种竞争，就需要在给线程发信号的时候占有互斥量。