Question

假设有许多线程由运行相同函数的实例的循环组成，但每次迭代的开始都需要同步（因此首先完成的线程必须等待最后一个开始新的线程）迭代）。如何在c ++ 11中完成？

...

这篇文章的其余部分正是我尝试过的以及失败的原因。

我正在使用计数器“sync”，最初设置为3（线程数）。函数末尾的每个线程都将从此计数器中减去1并开始等待。当计数器达到0时，这意味着它们中的3个已完成一轮，因此主线程将计数器重置为3并通知线程将它们唤醒。

这大部分时间都有效，但有时一两个线程无法唤醒。

所以这些是全局变量：

mutex syncMutex;
condition_variable syncCV;
int sync;

这是在线程循环中运行的函数的末尾：

unique_lock<mutex> lk(syncMutex);
cout << "Thread num: " << mFieldNum << " got sync value: " << sync;
sync --;
syncCV.notify_all();
cout << " and goes to sleep..." << endl;
syncCV.wait(lk, []{return sync == numFields;});
cout << "Thread num: " << mFieldNum << " woke up" << endl;
}

这在主线程的循环中运行：

unique_lock<mutex> lk(syncMutex);
syncCV.wait(lk, []{return sync == 0;});
sync = 3;
lk.unlock();
cout << "Notifying all threads!" << endl;
syncCV.notify_all();

这是它失败时产生的输出（线程＃3没有唤醒）：

Thread num: 1 got sync value: 3 and goes to sleep...
Thread num: 2 got sync value: 2 and goes to sleep...
Thread num: 3 got sync value: 1 and goes to sleep...
Notifying all threads!
Thread num: 1 woke up
Thread num: 2 woke up
Thread num: 3 woke up
Thread num: 2 got sync value: 3 and goes to sleep...
Thread num: 1 got sync value: 2 and goes to sleep...
Thread num: 3 got sync value: 1 and goes to sleep...
Notifying all threads!
Thread num: 2 woke up
Thread num: 1 woke up
Thread num: 2 got sync value: 3 and goes to sleep...
Thread num: 1 got sync value: 2 and goes to sleep...

有没有人有线索？谢谢你的阅读。

Answer 1

您的线程同步存在许多问题。托尼在评论中提到了一个。在主循环代码中也有潜在的竞争条件，在调用syncCV.notify_all（）之前调用lk.unlock（）。（这可能允许线程错过notify_all信号。）

我会以两种方式调整你的代码。首先，要解决使用＆＃34; sync == numFields＆＃34;作为你的条件，正如Tony指出的那样，在另一个线程执行了sync之后，它可能无法成为真，因此使用每个主线程循环每个线程只运行一次的条件是有意义的。在我的示例代码中，这是通过引入＆＃34; done [numFields]＆＃34;变量。其次，引入两个条件变量是有意义的 - 一个用于向工作线程发信号通知新的主循环迭代已经开始，另一个用于向主线程发出工作线程完成的信号。（请注意，这两个条件变量使用相同的互斥锁。）

这是一个完整的程序，以您的示例代码为蓝本，包含以下两种方法：

#include <iostream>
using std::cout;
using std::endl;

#include <condition_variable>
#include <mutex>
#include <thread>
#include <vector>

std::mutex syncMutex;
std::condition_variable readyCV;
std::condition_variable doneCV;
int sync;
bool exitFlag;

const int numFields = 5;
bool done[numFields];

const int nloops = 10;

void thread_func(int i) {
  int mFieldNum = i;
  while (true) {
    std::unique_lock<std::mutex> lk(syncMutex);
    readyCV.wait(lk, [mFieldNum]{return  exitFlag || !done[mFieldNum-1];});
    if (exitFlag)  break;
    cout << "Thread num: " << mFieldNum << " woke up, got sync value: " << sync;
    if (--sync == 0)  doneCV.notify_all();
    done[mFieldNum-1] = true;
    readyCV.notify_all();
    cout << " and goes to sleep..." << endl;
  }
}

int main (int argc, char* argv[]) {
  exitFlag = false;
  sync = 0;
  std::vector<std::thread> threads;
  for (int i = 0; i < numFields; i++) {
    done[i] = true;
    threads.emplace_back (thread_func, i+1);
  }
  for (int i = 0; i <= nloops; i++) {
    std::unique_lock<std::mutex> lk(syncMutex);
    doneCV.wait(lk, []{return sync == 0;});
    cout << "main loop (lk held), i = " << i << endl;
    sync = numFields;
    if (i == nloops)  exitFlag = true;
    else              for (auto &b : done)  b = false;
    cout << "Notifying all threads!" << endl;
    readyCV.notify_all();
  }

  for (auto& t : threads)  t.join();
}

（我还添加了一个exitFlag和std :: thread :: join（）＆＃39;这样程序可以很好地清理和终止。）

这非常类似于传统的生产者 - 消费者实现（一个生产者，numFields使用者），并且增加了约束，即每个生产者线程循环每个消费者线程只运行一次。

如果您愿意放弃重用工作线程，也可以更简单地实现基本相同的程序逻辑。（在您的示例代码和上面的示例中，它们充当一种专用线程池。）在我的下一个示例中，为主循环的每次迭代创建新线程。这使得线程同步更简单并消除了条件变量。

#include <iostream>
using std::cout;
using std::endl;

#include <atomic>
#include <mutex>
#include <thread>
#include <vector>

std::mutex coutMutex;

std::atomic<int> sync;

const int numFields = 5;
bool done[numFields];

const int nloops = 10;

void thread_func(int i) {
  int mFieldNum = i;
  int mySync = sync--;
  {
    std::lock_guard<std::mutex> lk(coutMutex);
    cout << "Thread num: " << mFieldNum << " woke up, got sync value: " << mySync << endl;
  }
}  

int main (int argc, char* argv[]) {
  for (int i = 0; i < nloops; i++) {
    cout << "main loop, i = " << i << endl;
    std::vector<std::thread> threads;
    sync = numFields;
    for (int i = 0; i < numFields; i++)  threads.emplace_back (thread_func, i+1);
    for (auto& t : threads)  t.join();
  }
}

（coutMutex非常精确，因此控制台输出不会出现乱码，但核心同步逻辑不是必需的。）

如果在您的实际用例中，您不需要thread_func从迭代到迭代保持活跃（例如，保留某些状态），并且如果每次调用thread_func都做了足够的工作，那么创建一个新线程来运行它并不重要，然后为每个主循环迭代创建新线程（而不是重用线程）是简单，明智和简单的。

快乐的多线程黑客！

ķ。弗兰克

如何同步在不同线程上运行的函数的实例（在c ++ 11中）？

1 个答案: