模块 Condition

条件变量。

当多个线程希望访问由互斥锁（互斥锁）保护的共享数据结构时，条件变量非常有用。

条件变量是一种通信通道。在接收端，一个或多个线程可以表明它们希望等待某个属性变为真。在发送端，一个线程可以发出信号，表示该属性已变为真，导致一个（或多个）等待线程被唤醒。

例如，在队列数据结构的实现中，如果一个希望提取元素的线程发现队列当前为空，则该线程等待队列变为非空。将元素插入队列的线程会发出信号，表明队列已变为非空。为此目的使用条件变量。此通信通道传达信息，表明属性“队列非空”为真，或者更准确地说，可能是真。（我们将在下面解释为什么信号的接收者不能确定该属性是否成立。）

继续以队列为例，假设队列具有固定的最大容量，那么希望插入元素的线程可能会发现队列已满。然后，该线程必须等待队列变为未满，而从队列中提取元素的线程会发出信号，表明队列已变为未满。为此目的使用另一个条件变量。

简而言之，条件变量c用于传达关于由互斥锁m保护的共享数据结构D的某个属性P可能为真的信息。

条件变量提供了一种比忙等待更有效的替代方案。当希望等待属性P变为真时，而不是编写忙等待循环

     Mutex.lock m;
     while not P do
       Mutex.unlock m; Mutex.lock m
     done;
     <update the data structure>;
     Mutex.unlock m
   

在循环体中使用Condition.wait，如下所示

     Mutex.lock m;
     while not P do
       Condition.wait c m
     done;
     <update the data structure>;
     Mutex.unlock m
   

忙等待循环效率低下，因为等待线程会消耗处理时间并创建互斥锁m的竞争。调用Condition.wait允许等待线程被挂起，因此在等待期间它不会消耗任何计算资源。

使用条件变量c，恰好关联一个互斥锁m。此关联是隐式的：互斥锁m不会作为参数显式传递给Condition.create。程序员需要知道每个条件变量c关联的互斥锁m。

使用互斥锁m，可以关联多个条件变量。在有界队列的示例中，一个条件变量用于指示队列非空，另一个条件变量用于指示队列未满。

使用条件变量c，应该恰好关联一个逻辑属性P。此类属性的示例包括“队列非空”和“队列未满”。程序员需要跟踪每个条件变量对应的属性P。在条件变量c上发送信号，表示属性P为真或可能为真。但是，在接收端，被唤醒的线程不能假设P为真；在调用Condition.wait终止后，必须显式测试P是否为真。出现这种情况有几个原因。一个原因是，在发送信号的时刻和等待线程接收信号并被调度的时刻之间，属性P可能会被能够获取互斥锁m并更改数据结构D的其他线程所取缔。另一个原因是可能会发生虚假唤醒：即使没有发送信号，等待线程也可能被唤醒。

这是一个完整的示例，其中互斥锁保护一个顺序无界队列，并且使用条件变量来发出信号表示队列非空。

     type 'a safe_queue =
       { queue : 'a Queue.t; mutex : Mutex.t; nonempty : Condition.t }

     let create () =
       { queue = Queue.create(); mutex = Mutex.create();
         nonempty = Condition.create() }

     let add v q =
       Mutex.lock q.mutex;
       let was_empty = Queue.is_empty q.queue in
       Queue.add v q.queue;
       if was_empty then Condition.broadcast q.nonempty;
       Mutex.unlock q.mutex

     let take q =
       Mutex.lock q.mutex;
       while Queue.is_empty q.queue do Condition.wait q.nonempty q.mutex done;
       let v = Queue.take q.queue in (* cannot fail since queue is nonempty *)
       Mutex.unlock q.mutex;
       v
   

由于对Condition.broadcast的调用发生在临界区内，因此只要互斥锁被解锁，以下属性就成立：如果队列非空，则没有线程正在等待，或者换句话说，如果某个线程正在等待，则队列必须为空。这是一个理想的属性：如果尝试执行take操作的线程即使在队列非空的情况下仍可能保持挂起状态，则这将是一个有问题的状况，称为死锁。