如何在C++中正確解決生產者消費者問題11

Question

我正試圖解決C++ 11中的生產者消費者問題。 我有一個保存資源的對象，多個線程可以添加或使用這些資源。我的問題是，當我嘗試在該對象上實現 a「當可用時使用」方法。 請假設插入/刪除操作的複雜性很小。

對代碼邏輯的一點說明。

struct ResourceManager{ 
    std::mutex mux; 
    std::unique_lock lock{mux}; 
    std::condition_variable bell; 

    void addResource(/*some Resource*/){ 
    lock.lock(); 
    //add resource 
    lock.unlock(); 
    bell.notify_one(); //notifies waiting consumer threads to consume 
    } 

    T getResource(){ 
    while(true){ 
     lock.lock(); 
     if(/*resource is available*/){ 
     //remove resource from the object 
     lock.unlock(); 
     return resource; 
     }else{ 
     //new unique lock mutex object wmux creation 
     lock.unlock(); //problem line 
     bell.wait(wmux); //waits until addResource rings the bell 
     continue; 
     } 
    } 
    } 

}; 

假設以下情形：
- 兩個線程，T1，T2，幾乎同時調用addResource，的getResource。

-T2鎖定互斥鎖，並發現沒有更多可用資源，
因此它必須阻塞，直到有新資源可用。
因此它解鎖互斥鎖並設置等待的鐘。

-T1運行速度更快。當互斥鎖被解鎖時，
它立即添加資源，並且在T2設置等待響鈴之前，
T1已經響了，不通知任何人。

-T2無限期地等待鈴響，但沒有進一步的資源被添加。

我假設一個線程鎖定互斥鎖，可能是唯一一個解鎖它的 。因此，如果我在解鎖互斥鎖之前嘗試調用bell.wait，則互斥鎖永遠無法解鎖。

如果可能，我想不使用時間等待或多次檢查解決方案。
那麼我可以在C++ 11中解決這個問題？

Answer 1

lock.unlock(); //problem line 
    bell.wait(wmux); //waits until addResource rings the bell 

是的，這確實是問題線。

要正確使用作爲設計條件變量，你不解鎖wait()之前互斥荷蘭國際集團在其相關的條件變量。 wait()在一個條件變量上，在等待期間原子地解鎖它，並且一旦線程已經被執行，重新獲得互斥鎖。解鎖和等待以及被通知並鎖定後的喚醒都是原子操作。

所有notify() s應該在鎖定互斥鎖時發出。所有wait()也是在互斥鎖完全鎖定的情況下完成的。正如我所提到的那樣，notify()是原子的，這導致所有與互斥體相關的操作都是原子性的和完全排序的，包括管理受互斥體保護的資源，以及通過條件變量進行線程通知，現在也受互斥體保護。

有一些設計模式可以在不使用互斥保護的情況下通知條件變量。但是它們更難以正確實現並且仍然實現線程安全語義。所有的條件變量操作也受互斥鎖保護，除了互斥鎖保護的所有其他功能外，實現起來也更加簡單。

Answer 2

std::condition_variable::wait需要在您的互斥鎖上傳遞鎖定的std::unique_lock。 wait將作爲其操作的一部分解鎖互斥鎖，並在它返回之前重新鎖定它。

使用類似std::lock_guard和std::unique_lock的鎖保護裝置的正常方式是在本地構建它們，並讓它們的構造函數鎖定您的互斥鎖，並將它們的析構函數解鎖。

此外，您可以通過提供std::condition_variable::wait的謂詞來避免原始代碼中的外部while循環。

struct ResourceManager { 
    std::mutex mux; 
    std::condition_variable bell; 

    void addResource(T resource) 
    { 
    std::lock_guard<std::mutex> lock{mux}; 
    // Add the resource 
    bell.notify_one(); 
    } 

    T getResource() 
    { 
    std::unique_lock<std::mutex> lock{mux}; 
    bell.wait(lock, [this](){ return resourceIsAvailable(); }); 
    return // the ressource 
    } 
};