Question

我有一个C ++ 11应用程序，它具有一个产生数据的高优先级线程，以及一个消耗它的低优先级线程（在我的情况下，将其写入磁盘）。我想确保高优先级的生产者线程永远不会被阻止，即它只使用无锁算法。

使用无锁队列，我可以从生产者线程将数据推送到队列，并从消费者线程中轮询它，从而实现上述目标。我想修改我的程序，以便消费者线程在非活动时阻塞而不是轮询。

似乎C ++ 11条件变量可能对阻止使用者线程很有用。有人能告诉我一个如何使用它的例子，同时避免消费者睡觉时数据仍在队列中吗？更具体地说，我想确保在生产者将最后一个项目推入队列后，消费者总是在某个有限的时间内被唤醒。生产者保持非阻塞也很重要。

Answer 1

似乎C ++ 11条件变量可能对阻止使用者线程很有用。任何人都可以向我展示一个如何使用它的例子，同时避免消费者睡觉时数据仍然在队列中吗？

要使用条件变量，您需要互斥锁和条件。在您的情况下，条件将是“队列中有可用的数据”。由于生产者将使用无锁更新来生成工作，因此消费者必须使用相同形式的同步来使用工作，因此互斥体实际上不会用于同步，只有消费者线程才需要它，因为没有等待条件变量的其他方式。

// these variables are members or otherwise shared between threads
std::mutex m_mutex;
std::condition_variable m_cv;
lockfree_queue m_data;

// ...

// in producer thread:
while (true)
{
  // add work to queue
  m_data.push(x);
  m_cv.notify_one();
}

// in consumer thread:
while (true)
{
  std::unique_lock<std::mutex> lock(m_mutex);
  m_cv.wait(lock, []{ return !m_data.empty(); });
  // remove data from queue and process it
  auto x = m_data.pop();
}

如果在等待之前队列为空，则条件变量将仅在wait调用中阻塞。条件变量可能是虚假唤醒，或者是因为它是由生产者通知的，但是在任何一种情况下，如果队列非空，则只会从wait调用返回（而不是再次休眠）。通过使用带有谓词的condition_variable::wait重载来保证这一点，因为条件变量总是为你重新检查谓词。

由于互斥体线程仅使用互斥体，因此它实际上可能是该线程的本地线程（只要您只有一个消费者，只要有多个消费者，他们都需要共享相同的互斥体以等待相同的condvar ）。

Answer 2

我过去发现的一个解决方案是使用Windows事件（http://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/ms682396(v=vs.85).aspx）。在这种情况下，事件仍会发出信号，直到它唤醒等待的线程，如果没有线程正在等待，它将保持信号状态。因此，生产者只需要在将数据推送到队列后发出信号。然后我们保证在此之后消费者会在一段有限的时间内醒来。

我无法找到使用标准库实现此方法的方法（至少不会阻止生产者线程）。

Answer 3

我认为信号量可以用来安全地解决这个问题：

// in producer thread:
while (true)
{
  m_data.push();
  m_semaphore.release();
}

// in consumer thread:
while (true)
{
  m_semaphore.wait();
  m_data.pop();
}

不幸的是我不认为C ++ 11包含信号量？我也无法确认释放信号量是一种非阻塞操作。当然可以使用互斥锁实现，例如C++0x has no semaphores? How to synchronize threads?不允许使用非阻塞生成器线程。

C ++ 11非阻塞生产者/消费者

3 个答案: