如何在C++中正确解决生产者消费者问题11

Question

我正试图解决C++ 11中的生产者消费者问题。 我有一个保存资源的对象，多个线程可以添加或使用这些资源。我的问题是，当我尝试在该对象上实现 a“当可用时使用”方法。 请假设插入/删除操作的复杂性很小。

对代码逻辑的一点说明。

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; 
     } 
    } 
    } 

}; 

假设以下情形：
- 两个线程，T1，T2，几乎同时调用addResource，的getResource。

-T2锁定互斥锁，并发现没有更多可用资源，
因此它必须阻塞，直到有新资源可用。
因此它解锁互斥锁并设置等待的钟。

-T1运行速度更快。当互斥锁被解锁时，
它立即添加资源，并且在T2设置等待响铃之前，
T1已经响了，不通知任何人。

-T2无限期地等待铃响，但没有进一步的资源被添加。

我假设一个线程锁定互斥锁，可能是唯一一个解锁它的 。因此，如果我在解锁互斥锁之前尝试调用bell.wait，则互斥锁永远无法解锁。

如果可能，我想不使用时间等待或多次检查解决方案。
那么我可以在C++ 11中解决这个问题？

Answer 1

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

是的，这确实是问题线。

要正确使用作为设计条件变量，你不解锁wait()之前互斥荷兰国际集团在其相关的条件变量。 wait()在一个条件变量上，在等待期间原子地解锁它，并且一旦线程已经被执行，重新获得互斥锁。解锁和等待以及被通知并锁定后的唤醒都是原子操作。

所有notify() s应该在锁定互斥锁时发出。所有wait()也是在互斥锁完全锁定的情况下完成的。正如我所提到的那样，notify()是原子的，这导致所有与互斥体相关的操作都是原子性的和完全排序的，包括管理受互斥体保护的资源，以及通过条件变量进行线程通知，现在也受互斥体保护。

有一些设计模式可以在不使用互斥保护的情况下通知条件变量。但是它们更难以正确实现并且仍然实现线程安全语义。所有的条件变量操作也受互斥锁保护，除了互斥锁保护的所有其他功能外，实现起来也更加简单。

Answer 2

std::condition_variable::wait需要在您的互斥锁上传递锁定的std::unique_lock。 wait将作为其操作的一部分解锁互斥锁，并在它返回之前重新锁定它。

使用类似std::lock_guard和std::unique_lock的锁保护装置的正常方式是在本地构建它们，并让它们的构造函数锁定您的互斥锁，并将它们的析构函数解锁。

此外，您可以通过提供std::condition_variable::wait的谓词来避免原始代码中的外部while循环。

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 
    } 
};