Question

我有一些像这样的代码：

std::queue<int> a_queue;
bool exit = false;

void MainThreadFunc(int somedata)
{
    a_queue.push(somedata);
}

void WorkerThreadFunc()
{
    while (true)
    {
        if (exit)
            return;

        while (a_queue.empty());

        DoSomethingWithData(a_queue.front());
        a_queue.pop();
    }
}

问题是我的CPU占用率非常高，这似乎是自旋锁的结果，而工作人员什么也没做。我试图使用互斥锁，但是当队列中没有任何东西时，它需要主线程锁定它（当然，这不可能发生）。有什么替代方法可以防止这种情况发生？

Answer 1

以下代码是我在其他地方之前学到的。它是一个阻塞队列工具。线程可以安全地将元素放入队列，如果线程在空时尝试从队列中获取元素，它将被阻塞，直到某个其他线程将元素放入队列。希望它可以帮到你

#include <queue>
#include <cassert>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <thread>
template<typename T>
class BlockingQueue
{
private:
    std::mutex _mutex;
    std::condition_variable _condvar;
    std::queue<T> _queue;
public:
    BlockingQueue(): _mutex(),_condvar(),_queue()
    {

    }
    BlockingQueue(const BlockingQueue& rhs) = delete;
    BlockingQueue& operator = (const BlockingQueue& rhs) = delete;

    void Put(const T& task)
    {
        {
            std::lock_guard<std::mutex> lock(_mutex);
            _queue.push(task);
        }
        _condvar.notify_all();
    }

    T Take()
    {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(_mutex);
        _condvar.wait(lock,[this]{return !_queue.empty(); });
        assert(!_queue.empty());
        T front(std::move(_queue.front()));
        _queue.pop();

        return front;
    }

};

Answer 2

鉴于规定的要求，线程调度程序/上下文切换的成本太高，通常最好的办法就是像现在一样简单地刻录循环，以满足最严格的延迟需求。

原子CAS旋转/忙碌循环基本上是一种轮询方法，并且通常与轮询相关，它具有占用CPU的趋势。然而，它并没有支付你想要避免的调度程序的成本，在16ms的最后期限内完成你需要做的所有事情并提供一个框架。通常，这是满足这种截止日期的最佳选择。

对于拥有生动世界和不断动画内容的游戏，通常没有任何事情发生的冗长空闲时段。因此，一般认为游戏不断使用CPU是完全可以接受的。

根据您的要求，可能更高效的问题不是如何降低CPU利用率，以确保CPU利用率达到一个好的目的。通常，并发队列可以提供无锁，无阻塞的查询，以检查队列是否为空，您似乎已经给出了这一行：

while (a_queue.empty());

当队列为空时，你可能会偷偷摸摸地计算一些东西。通过这种方式，您不会仅仅忙于等待队列变为非空的循环。

同样，通常你的问题的理想答案将涉及一个条件变量（它取决于上下文切换和线程被唤醒）。它通常是让线程进入休眠状态（降低CPU利用率）并在所需时间唤醒的最快方法，但考虑到严格的延迟要求，最好忘记CPU利用率并更多地关注确保它达到了一个好的目的。

Answer 3

std::queue不是线程安全的。正如@Hurkyl发布的那样，如果您想使用std::queue，则需要锁定。

按照编码，如果多个线程正在等待队列中的数据，他们可以所有对来自a_queue.fronf()的相同值执行操作，然后多次调用a_queue.pop()与队列中推送的值的数量无关。

请参阅Thread safety for STL queue

在不使用螺旋锁的情况下暂停空队列中的线程

3 个答案: