竞态条件2线程交替

时间：2019-04-09 22:34:02

标签： c++

所以我希望程序输出1 \ n2 \ n1 \ n2 \ n1 \ n2 \ n，但是它似乎卡在了某个地方。但是，当我调试它并在声明t2之后立即在cv1.notify_one（）处设置一个breackpoint时，它将执行?? 



#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>
#include <condition_variable>

using namespace std;

mutex cout_lock;

condition_variable cv1, cv2;
mutex mtx1;
unique_lock<std::mutex> lck1(mtx1);
mutex mtx2;
unique_lock<std::mutex> lck2(mtx2);

const int COUNT = 3;

int main(int argc, char** argv)
{

    thread t1([&](){
        for(int i = 0; i < COUNT; ++i)
        {
            cv1.wait(lck1);
            cout << "1" << endl;
            cv2.notify_one();
        }
    });

    thread t2([&](){
        for(int i = 0; i < COUNT; ++i)
        {
            cv2.wait(lck2);
            cout << "2" << endl;
            cv1.notify_one();
        }
    });

    cv1.notify_one();

    t1.join();
    t2.join();

    return 0;
}

3 个答案:

答案 0 :(得分：2)

有几个缺陷：

  1. 您想保护自己的输出。因此，您只需要一个互斥体，因此一次只有一个线程可以完成其工作。
  2. 您可能会丢失有关条件变量的通知。
  3. 您的全局unique_lock会获取互斥锁的构造函数中的锁。因此，您一直都在持有锁，并且没有线程可以取得进展。您的全局unique_lock获取了互斥锁在其构造函数中的锁。这是在主线程中完成的。 T1和T2正在通过condition_variable对其进行解锁。这是未定义的行为（拥有互斥锁的线程必须将其解锁）。

这是正确使用条件变量方法的诀窍：

  1. 有一个您感兴趣的条件。在这种情况下，请记住某种变量，以记住是谁。
  2. 用（ONE！）mutex
    3. 来保护此变量。
  3. 与点2的互斥量和点1的条件结合使用（ONE！）condition_variable。

这可以确保：

  • 在任何时候，只有一个线程可以查找和/或更改您的状况。
  • 如果线程到达代码中可能等待条件变量的位置，则它将首先检查条件。也许线程甚至不需要睡觉，因为他想要等待的条件已经成立。为此，线程必须获取互斥量，检查条件并决定要执行的操作。这样做时，他拥有锁。条件无法更改，因为线程本身具有锁。因此，您不能错过通知。

这将导致以下代码（see live here）：

#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>
#include <condition_variable>

using namespace std;

int main(int argc, char** argv)
{
    condition_variable cv;
    mutex mtx;
    bool runt1 = true;
    bool runt2 = false;
    constexpr int COUNT = 3;

    thread t1([&]()
    {
        for(int i = 0; i < COUNT; ++i)
        {
            unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
            cv.wait(lck, [&](){ return runt1; });
            cout << "1" << endl;
            runt1 = false;
            runt2 = true;
            lck.unlock();
            cv.notify_one();
        }
    });

    thread t2([&]()
    {
        for(int i = 0; i < COUNT; ++i)
        {
            unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
            cv.wait(lck, [&](){ return runt2; });
            cout << "2" << endl;
            runt1 = true;
            runt2 = false;   
            lck.unlock();
            cv.notify_one();
        }
    });

    t1.join();
    t2.join();

    return 0;
}

答案 1 :(得分：1)

我认为您在线程开始与cv1.notify_one();中对main()的调用之间存在数据争夺。

考虑在线程1启动并调用cv1.notify_one()之前发生cv1.wait()调用的情况。此后，没有人再呼叫cv1.notify了，您的简历正在等待。这称为丢失唤醒。

您需要一种机制，可以在main中等待两个线程都启动，然后执行cv1.notify()

下面是一个使用int和互斥量的示例。

#include "pch.h"

#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>
#include <condition_variable>

using namespace std;

condition_variable cv1, cv2;
mutex m;

const int COUNT = 3;

enum Turn
{
    T1,
    T2
};

int main(int argc, char** argv)
{
    mutex thread_start_mutex;
    int num_started_threads = 0;
    Turn turn = T1;

    thread t1([&]() {
        {
            // increase the number of started threads
            unique_lock<std::mutex> lck(thread_start_mutex);
            ++num_started_threads;
        }

        for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
        {
            // locked cout, unlock before calling notify
            {
                unique_lock<std::mutex> lck1(m);
                // wait till main thread calls notify
                cv1.wait(lck1, [&] { return turn == T1;});
                cout << "1 a really long string" << endl;
                turn = T2; // next it's T2's turn
            }
            cv2.notify_one();
        }
    });

    thread t2([&]() {
        {
            // increase the number of started threads
            unique_lock<std::mutex> lck(thread_start_mutex);
            ++num_started_threads;
        }

        for (int i = 0; i < COUNT; ++i)
        {
            // locked cout, unlock before calling notify
            {
                unique_lock<std::mutex> lck2(m);
                cv2.wait(lck2, [&] {return turn == T2;});
                cout << "2 some other stuff to test" << endl;
                turn = T1;
            }
            cv1.notify_one();
        }
    });

    unique_lock<std::mutex> lck(thread_start_mutex);
    // wait until both threads have started
    cv1.wait(lck, [&] { return num_started_threads == 2; });
    lck.unlock();
    cv1.notify_one();

    t1.join();
    t2.join();

    return 0;
}

也不清楚为什么您有两个互斥锁被锁定在main之外。我通常认为互斥锁是一种受保护的资源，不应同时访问该资源。似乎这个想法是为了保护cout调用，为此您应该使用一个互斥锁，每个线程将锁定，执行cout，解锁并通知另一个线程。

编辑

我的原始答案在调用t1.notify（）和t2.wait（）之间存在完全相同的问题。 如果在线程2等待之前调用了t1.notify（），则线程2永远不会被唤醒。

为了解决这个问题，我添加了一个枚举“ Turn”，它指示轮到谁了，每个等待条件现在都检查是否轮到他们了。 如果是这样，他们就不会等待并且只是打印出来，因此即使错过了通知，他们仍然会执行任务。如果不是轮到他们，他们将阻塞，直到其他线程设置轮到变量并调用notify。

注意：这证​​明了一个很好的例子/做法，通常在使用cv.wait（）时有条件会更好。这既使意图清晰，又避免了“丢失的唤醒”和“虚假的唤醒”。

注2 ，该解决方案可能过于复杂，一般情况下，变量和互斥体不太可能是解决此问题的最佳方法。

答案 2 :(得分：-1)

另一个答案在概念上是正确的，但仍然存在另一个种族条件。我运行了代码，它仍然会死锁。

问题是创建了t1，但是直到执行cv1.wait(lck1)之后，它才进入cv1.notify_one()。因此，您的两个线程永远坐在一起等待。当您将断点放在该行上时，您可以演示这一点，以使线程赶上。同样，当一个线程完成但没有给另一时间调用wait()时，此问题仍然存在，因此仅调用notify_one。通过添加来自usleep(100)的一些unistd.h调用，可以看出这也是固定的*（松散使用）。

参见下文：

#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>
#include <condition_variable>
#include <unistd.h>

using namespace std;

mutex cout_lock;

condition_variable cv1, cv2;
mutex mtx1;
unique_lock<std::mutex> lck1(mtx1);
mutex mtx2;
unique_lock<std::mutex> lck2(mtx2);
const int COUNT = 3;

int main(int argc, char** argv)
{

    thread t1([&](){
        for(int i = 0; i < COUNT; ++i)
        {
            cv1.wait(lck1);
            cout << "1\n";
            usleep(100);
            cv2.notify_one();
        }
    });

    thread t2([&](){
        for(int i = 0; i < COUNT; ++i)
        {

            cv2.wait(lck2);
            cout << "2\n";
            usleep(100);
            cv1.notify_one();
        }
    });

    usleep(1000);
    cv1.notify_one();

    t1.join();
    t2.join();

    return 0;
}

编辑：要做得更好将是检查等待的线程，该线程未内置在您使用的互斥锁中。正确的方法可能是创建自己的互斥包装器类，并将该功能包括在类中，但是为了简单起见，我只做了一个waiting变量。

参见下文：

#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>
#include <condition_variable>
#include <unistd.h>

using namespace std;

mutex cout_lock;

condition_variable cv1, cv2, cv3;
mutex mtx1;
unique_lock<std::mutex> lck1(mtx1);
mutex mtx2;
unique_lock<std::mutex> lck2(mtx2);
int waiting = 0;
const int COUNT = 3;

int main(int argc, char** argv)
{

    thread t1([&](){
        for(int i = 0; i < COUNT; ++i)
        {
            waiting++;
            cv1.wait(lck1);
            cout << "1\n";
            waiting--;
            if(!waiting)
                usleep(100);
            cv2.notify_one();
        }
    });

    thread t2([&](){
        for(int i = 0; i < COUNT; ++i)
        {
            waiting++;
            cv2.wait(lck2);
            cout << "2\n";
            waiting--;
            if(!waiting)
                usleep(100);
            cv1.notify_one();
        }
    });

    if(!waiting)
        usleep(100);
    cv1.notify_one();

    t1.join();
    t2.join();

    return 0;
}
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