88-屏障 barrier

barrier，屏障，这个翻译感觉让人很不舒服，除了被翻译为屏障外，也有翻译为栅栏的。总之感觉都很别扭，所以，还是直接使用英文单词 barrier 吧。

1. barrier 为何物

直接说它的用途吧：barrier 就是管理员，只有参观者达到了一定的人数，比如 30 人，管理员才允许放行。

换作线程，请求 barrier 的线程会阻塞，直到所有请求 barrier 的线程达到指定的数量。

之前大家学过 pthread_join，本质上它也是一个 barrier，只不过它只需要等待一个线程运行结束后就返回。

2. 数据类型和函数

barrier 的数据类型是 pthread_barrier_t.

• 初始化和回收

int pthread_barrier_init(pthread *barrier,
  const pthread_barrier_t *attr, unsigned int count);

int pthread_barrier_destroy(pthread_barrier_t *barrier);           

• 等待函数

int pthread_barrier_wait(pthread_barrier_t *barrier);           

每一个线程调用等待函数，barrier 计数都会加 1，直到计数值等于初始化函数中的参数 count。当最后一个线程让 barrier 计数值达到了 count，所有等待的线程都会被唤醒。

所有线程中，只有一个线程会让 pthread_barrier_wait 返回

PTHREAD_BARRIER_SERIAL_THREAD

，而其它线程调用此函数会返回 0.

3. 实验

程序 barrier 一共有 11 个线程，包含主线程。所有线程会先打印一遍 “hello, I’m thread xx” 然后调用 pthread_barrier_wait 等待，直到 barrier 计数达到了 11 才返回。一旦返回了，就会打印 thread xx returning xx.

3.1 程序清单

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

pthread_barrier_t b;

void* th_fn(void *arg) {
  int id = (int)arg;
  int res = 0;
  printf("hello, I'm thread [%d]\n", id);
  res = pthread_barrier_wait(&b);
  printf("thread [%d] returning [%d]\n", id, res);
  return NULL;
}

int main() {
  int i, res = 0;
  pthread_t tid[10];
  printf("PTHREAD_BARRIER_SERIAL_THREAD = %d\n", PTHREAD_BARRIER_SERIAL_THREAD);

  pthread_barrier_init(&b, NULL, 11);

  for (i = 0; i < 10; ++i) {
    pthread_create(&tid[i], NULL, th_fn, (void*)i);
  }

  res = pthread_barrier_wait(&b);
  printf("thread [main] returning [%d]\n", res);

  for (i = 0; i < 10; ++i) {
    pthread_join(tid[i], NULL);
  }

  pthread_barrier_destroy(&b);
  return 0;
}
           

3.2 编译与运行

$ gcc barrier.c -o barrier -lpthread
$ ./barrier           

图1 运行结果

图 1 中的结果可以看到，在 barrier 计数还没达到 11 的时候，所有的线程都不会执行

printf("thread [%d] returning [%d]\n", id, res);

，直到 barrier 计数达到 11 时，才陆续打印 pthread_barrier_wait 的返回值，其中只有一个线程中的返回值为

PTHREAD_BARRIER_SERIAL_THREAD

，也就是 -1.

4. 总结

• 理解 barrier 的作用

思考：如果没有 barrier 这种技术，如何完成这种功能？