线程互斥与同步（part2)—互斥锁（Mutex）的“cp”：条件变量（Condition Variable）
前言
在博主的上篇博文中介绍了linux线程互斥的原因，并引入了互斥锁（Mutex）来解决问题，点击这里听互斥锁讲述它的的故事：linux线程互斥与同步（part1）—互斥锁（mutex）的原理及其实现机制
那么本篇博客就继续介绍关于linux线程互斥的另一个重要概念：条件变量（Condition Variable）
条件变量（Condition Variable）和互斥锁（Mutex）的“cp”关系
有句话叫“既生瑜，何生亮”，虽说互斥锁和条件变量都是为了维持线程间的互斥与同步。但他们可不是’瑜’和’亮’的关系。确切的说，他们俩是一对‘cp’。
首先，我们想象这样一个场景，有两个人，一个往盘子里放苹果；另一个从盘子中取苹果。
如果我们将盘子看作临界资源，把这两个人当作两个线程。加入互斥锁后，就形成了对盘子的互斥访问。
如果一个人拿到锁进入临界区放苹果，此时另一个人也来申请锁想拿苹果。那么这个人代表的线程就会被阻塞。在第一个人拿锁和解锁之前的整个过程中，第二个人只能一直申请访问互斥锁，直到第一个人解开锁。
线程进入临界区之前要先访问互斥锁，像上述例子中由于两个人的优先级不同，优先级高的线程不断重复“拿锁-进入临界区-放锁”的过程，且不做实质性的工作（占着茅坑不拉屎）。导致优先级低的线程得不到时间片来访问互斥锁。这样就会形成线程的“饥饿”问题。
为了解决这种问题，我们要保证对互斥锁的访问按某种顺序进行；使线程之间协同合作，这就是线程同步。
条件变量就是保证线程同步的一剂良药。
它提供了一种通知机制：在优先级高的线程放锁后立即通知别的线程取锁，若优先级高的线程想再次申请锁，只能在条件变量上挂起等待，这样就杜绝了优先级高的线程长时间霸占锁资源，实现线程间同步。
其实质是用变量的形式来表示当前条件是否成熟，标志资源状态。从而方便线程之间协作运行。
有了条件变量，上边的例子就会变成这样：
总结一下：单纯的互斥锁用于短期锁定，主要是用来保证线程对临界区的互斥进入。而条件变量则用于线程的长期等待，直至所等待的资源成为可用的资源。
所以，一个Condition Variable总是和一个Mutex搭配使用（地表最强cp）。
Code（代码举例）
知道了条件变量的概念，下面我们编写代码深入了解其作用。
首先了解一下条件变量主要的接口函数
一个线程可以调用 pthread_cond_wait函数在一个Condition Variable上阻塞等待,这个函数做以下三步操作:
1. 释放Mutex
2. 阻塞等待
3. 当被唤醒时,重新获得Mutex并返回
具体唤醒多少线程与问题规模有关。一个线程可以调用 pthread_cond_signal唤醒在某个Condition Variable上等待的另一个线程,也可以调用 pthread_cond_broadcast唤醒在这个Condition Variable上等待的所有线程。
代码目的：实现基于单链表模式的生产者-消费者模型
利用生产者-消费者模型和链表结构，生产者生产一个结点串在链表的表头上,消费者从表头取走结点。
科普时间：生产者与消费者模型？
知道了这些基本概念，现在我们来编写代码：
step1: 构建交易场所（临界资源）：链表
在编写链表基本操作Init,PushHead,PopHead,Destory函数后，运行程序：
step2:创建生产消费者：2个线程
step3:保证互斥与同步：加入互斥锁保证线程之间的互斥访问
运行程序：
可以看到，虽然实现了互斥，但生产与消费并非间接进行，所以现象是长时间一直在生产，或一直在消费。这与实际情况不符。
step4:加入条件变量实现线程同步
我们对代码进行改造，如果生产者生产慢（sleep(1)），让消费者一直消费，且是无效消费（-1），
就会出现下边的情况：
这是因为虽然消费者是无效消费，但它一直占用锁。导致生产者没有时间生产。这是由于对交易场所的状态一无所知导致的
所以由开始对条件变量作用的分析，结合刚才的结果，可以知道消费者也可能像优先级高的线程那样，有“拿锁-进入临界区（取数据）-放锁”的不断重复过程，但消费者将链表数据取完后就不应该再取了，所以要用条件变量来表示交易场所的状态（链表满或不满）。
所以在程序中加入条件变量，在生产函数里加入唤醒函数，消费函数里加入等待函数：
程序运行效果如下：
可以看到，尽管消费函数先运行只，但它在判断链表为空后只能在条件变量上挂起等待。只有在生产者生产后消费者才能消费，且生产一条，消费一条。
注：这里的pthread_cond_wait函数参数中的锁并非表示线程抱着锁挂起，而是释放锁之后再挂起。
step4: 另外，如果等待函数调用失败，还是会非法消费，所以加入检测：把 if -> while
至此，条件变量结束。
The End
其实仔细想想，上边的程序实际上是实现了一个栈，它符合后进先出的原则。
而且上述程序是生产1条，消费1条。且是在生产里边唤醒消费。其实我们还可以实现生产多条，通知1次的机制，只需要在生产函数里加入计数器即可。
另外，还可以实现生产者与消费者的互相通知唤醒机制，只需在程序中再加入一个条件变量，然后在消费函数里加入它的唤醒函数。
虽然 ‘cp’搭配，干活不累，但有时候单身狗的力量更强大（诶呀，好像剧透了>~<），好吧。本系列下一篇要介绍的就是“单身狗”—信号量的故事。
点击这里：linux线程互斥与同步（part3)—解决线程同步的”扛把子“：单身狗-信号量（ Semaphore）一起见证信号量的心路历程。