linux平台，对线程等待和唤醒操作的封装（pthread_cond_timedwait 用法详解）

前言 linux平台下，线程等待和唤醒操作是很常见的，但是平台函数不易使用；笔者对此操作做了封装，使之更易于使用。

线程等待和唤醒函数比较

 平台提供了线程等待相关函数，这些函数之间用法也有些差异：

sleep	线程等待，等待期间线程无法唤醒。
pthread_cond_wait	线程等待信号触发，如果没有信号触发，无限期等待下去。
pthread_cond_timedwait	线程等待一定的时间，如果超时或有信号触发，线程唤醒。

　　通过上表，可以看出pthread_cond_timedwait函数是最为灵活，使用也最为广泛。sleep的缺陷是当有紧急事件到达时，线程无法及时唤醒。pthread_cond_wait缺陷是：必须借助别的线程触发信号，否则线程自身无法唤醒，如果使用函数，线程无法处理定时任务。

　　一般情况下，线程要做的工作可能有：定期处理某个事物；无事可做时，线程挂起；有事可做时，立即唤醒工作。要完成上面所述的功能，必须用pthread_cond_timedwait函数，本文介绍的就是对该函数封装。

　　线程唤醒操作还涉及互斥量pthread_mutex_t，感觉与我们理解的等待和唤醒操作无关；此函数的引入，增加了理解难度。本文封装完全屏蔽了此概念。

函数定义如下

//函数涉及的变量
typedef struct ThreadSignal_T
{
    BOOL  relativeTimespan; //是否采用相对时间

    pthread_cond_t cond;
    pthread_mutex_t mutex;

    pthread_condattr_t cattr;

} ThreadSignal;

//初始化
void ThreadSignal_Init(ThreadSignal *signal,BOOL relativeTimespan);
//关闭
void ThreadSignal_Close(ThreadSignal *signal);

//等待n毫秒
void ThreadSignal_Wait(ThreadSignal *signal, int ms);
//唤醒线程
void ThreadSignal_Signal(ThreadSignal *signal);

上述函数定义非常直观，利于理解。但是平台提供的函数，就不是那么直观。我把上述函数的实现一一列出来。

1）ThreadSignal_Init

void ThreadSignal_Init(ThreadSignal *signal, BOOL relativeTimespan)
{
    //relativeTimespan 是不是采用相对时间等待。参见函数 ThreadSignal_Wait
    signal->relativeTimespan = relativeTimespan;

    pthread_mutex_init(&signal->mutex, NULL);

    if (relativeTimespan)
    {
        //如果采用相对时间等待，需要额外的处理。
        //采用相对时间等待。可以避免：因系统调整时间，导致等待时间出现错误。
        int ret = pthread_condattr_init(&signal->cattr);
        ret = pthread_condattr_setclock(&signal->cattr, CLOCK_MONOTONIC);

        ret = pthread_cond_init(&signal->cond, &signal->cattr);
    }
    else
    {
        pthread_cond_init(&signal->cond, NULL);
    }
}

2) ThreadSignal_Close

void ThreadSignal_Close(ThreadSignal *signal)
{
    if (signal->relativeTimespan)
    {
        pthread_condattr_destroy(&(signal->cattr));
    }

    pthread_mutex_destroy(&signal->mutex);
    pthread_cond_destroy(&signal->cond);
}

3) ThreadSignal_Wait

void ThreadSignal_Wait(ThreadSignal *signal, int ms)
{
    pthread_mutex_lock(&signal->mutex);

    if (signal->relativeTimespan)
    {
        //获取时间
        struct timespec outtime;
        clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &outtime);
        //ms为毫秒，换算成秒
        outtime.tv_sec += ms/1000;
        
        //在outtime的基础上，增加ms毫秒
        //outtime.tv_nsec为纳秒，1微秒=1000纳秒
        //tv_nsec此值再加上剩余的毫秒数 ms%1000，有可能超过1秒。需要特殊处理
        uint64_t  us = outtime.tv_nsec/1000 + 1000 * (ms % 1000); //微秒
        //us的值有可能超过1秒，
        outtime.tv_sec += us / 1000000; 

        us = us % 1000000;
        outtime.tv_nsec = us * 1000;//换算成纳秒

        int ret = pthread_cond_timedwait(&signal->cond, &signal->mutex, &outtime);
    }
    else
    {
        struct timeval now;
        gettimeofday(&now, NULL);

        //在now基础上，增加ms毫秒
        struct timespec outtime;
        outtime.tv_sec = now.tv_sec + ms / 1000;

        //us的值有可能超过1秒
        uint64_t  us = now.tv_usec + 1000 * (ms % 1000); 
        outtime.tv_sec += us / 1000000; 

        us = us % 1000000;
        outtime.tv_nsec = us * 1000;

        int ret = pthread_cond_timedwait(&signal->cond, &signal->mutex, &outtime);
    }
    pthread_mutex_unlock(&signal->mutex);
}

上述函数处理起来有点啰嗦，有些读者可能认为这是多此一举，其实不然。 struct timespec outtime;结构中有两个值：tv_sec ，tv_usec 。分别是秒和纳秒。等待一段时间就是：在这两个值上增加一定的数值。

tv_usec 此值有范围限制的，就是不能超过1秒暨1000000000纳秒。如果超出1秒，就要在tv_sec 此值增加一秒；tv_usec 减去一秒。笔者是在实践中发现此问题的，不是无中生有。如果tv_usec 此值溢出，调用pthread_cond_timedwait函数，会立马返回。

4）ThreadSignal_Signal

void ThreadSignal_Signal(ThreadSignal *signal)
{
    pthread_mutex_lock(&signal->mutex);
    pthread_cond_signal(&signal->cond);
    pthread_mutex_unlock(&signal->mutex);
}

后记 一个简单的信号等待操作，linux下处理起来就如此复杂，远不如c#、java等语言处理起来那么优雅。通过本文介绍的方法，将复杂的问题封装起来，让使用者用起来得心应手，这就是函数封装要达到的目的。