Question

我目前正在尝试编写一个并发队列，但我有一些我无法向自己解释的段错误。我的队列实现基本上由该站点上的第一个列表给出。

http://www.justsoftwaresolutions.co.uk/threading/implementing-a-thread-safe-queue-using-condition-variables.html

网站说如果对象从队列中并行删除就会出现竞争情况，但我只是不明白为什么会有这样的情况，有人可以向我解释一下吗？

编辑：这是代码：

template<typename Data>
class concurrent_queue
{
private:
    std::queue<Data> the_queue;
    mutable boost::mutex the_mutex;
public:
    void push(const Data& data)
    {
        boost::mutex::scoped_lock lock(the_mutex);
        the_queue.push(data);
    }

    bool empty() const
    {
        boost::mutex::scoped_lock lock(the_mutex);
        return the_queue.empty();
    }

    Data& front()
    {
        boost::mutex::scoped_lock lock(the_mutex);
        return the_queue.front();
    }

    Data const& front() const
    {
        boost::mutex::scoped_lock lock(the_mutex);
        return the_queue.front();
    }

    void pop()
    {
        boost::mutex::scoped_lock lock(the_mutex);
        the_queue.pop();
    }
};

Answer 1

如果您尝试从中读取项目时队列为空，该怎么办？

想想这个用户代码：

while(!q.empty())  //here you check q is not empty
{ 
       //since q is not empty, you enter inside the loop
       //BUT before executing the next statement in this loop body,
       //the OS transfers the control to the other thread
       //which removes items from q, making it empty!!
       //then this thread executes the following statement!
       auto item = q.front(); //what would it do (given q is empty?)
}

Answer 2

如果您使用空并且发现队列不为空，则在您使用结果之前，另一个线程可能会弹出该项，使其变空。

同样对于前面，您可以阅读前面的项目，并且在您使用该项目时它可以被另一个线程弹出。

Answer 3

@ parkydr和@Nawaz的回答是正确的，但这是另一种思考的食物;

你想要实现什么目标？

有时候（我不敢说经常）错误地拥有一个线程安全队列的原因。在许多情况下，您希望在队列只是实现细节的上下文中“锁定”队列“。”

一个原因是，线程安全队列用于消费者 - 生产者情况，其中 1-N 节点推送数据， 1-M 节点从中弹出，无论它们得到什么。队列中的所有元素都被视为相等，并且消费者只是在不知道他们得到什么的情况下弹出，并开始处理数据。在这种情况下，您的界面不应公开T& front()。好吧，如果你不确定那里有一个项目，你永远不应该返回一个参考（在并行情况下，如果没有外部锁定，你永远不能确定。）

我建议使用unique_ptr（或当然是shared_ptr）并且只展示无竞赛功能（为简洁起见我省略了const功能）。使用std::unique_ptr将需要C ++ 11，但如果您无法使用C ++ 11，则可以使用boost::shared_ptr获得相同的功能：

// Returns the first item, or an empty unique_ptr
std::unique_ptr< T > pop( );

// Returns the first item if it exists. Otherwise, waits at most <timeout> for
// a value to be be pushed. Returns an empty unique_ptr if timeout was reached.
std::unique_ptr< T > pop( {implementation-specific-type} timeout );

void push( std::unique_ptr< T >&& ptr );

exist()和front()等功能自然会成为竞争条件的受害者，因为它们无法自动执行您（您认为）想要的任务。 exist()有时会在收到结果时返回一个不正确的值，如果队列为空，则front()必须抛出。

Answer 4

我认为empty()功能无用/危险的原因很清楚。如果您想要阻止队列，请删除它。

相反，添加一个条件变量（boost :: condition，IIRC）。 push / pop的功能如下所示：

void push(T data)
{
    scoped_lock lock(mutex);
    queue.push(data);
    condition_var.notify_one();
}

data pop()
{
    scoped_lock lock(mutex);
    while(queue.empty())
        condition_var.wait(lock);
    return queue.pop();
}

请注意，这是伪代码，但我相信你可以解决这个问题。也就是说，建议使用unique_ptr（或C98的auto_ptr）来避免复制实际数据是一个好主意，但这是一个完全独立的问题。

并发队列中的竞争条件

4 个答案: