c++ - 我是否需要同步 std::condition_variable/condition_variable_any::notify_one

Question

是否需要同步std::condition_variable/condition_variable_any::notify_one？

据我所知，如果丢失通知是可以接受的 - 可以调用未 protected notify_one(例如通过互斥锁)。

例如，我看到了以下使用模式(抱歉，不记得在哪里):

{
    {
        lock_guard<mutex> l(m);
        // do work
    }
    c.notify_one();
}

---

但是，我检查了 libstdc++ 源代码，发现:

condition_variable::notify_one

void condition_variable::notify_one() noexcept
{
    int __e = __gthread_cond_signal(&_M_cond);
    // XXX not in spec
    // EINVAL
    if (__e)
        __throw_system_error(__e);
}

和condition_variable_any::notify_one :

void condition_variable_any::notify_one() noexcept
{
    lock_guard<mutex> __lock(_M_mutex);
    _M_cond.notify_one();
}

这里是 condition_variable_any 的布局:

class condition_variable_any
{
    condition_variable _M_cond;
    mutex _M_mutex;
    // data end

即它只是 condition_variable+mutex 的薄包装。

所以，问题:

1. 对于 condition_variable_any 或 condition_variable 不使用互斥体保护 notify_one 是否是线程安全的？
2. 为什么 condition_variable_any 的实现使用额外的互斥锁？
3. 为什么 condition_variable_any::notify_one 和 condition_variable::notify_one 的实现不同？也许 condition_variable::notify_one 需要手动保护，但 condition_variable_any::notify_one 不需要？是 libstdc++ 错误吗？

Answer 1

I.e. it is just thin wrapper around condition_variable+mutex.

呃，不。仅仅因为它具有这些类型的成员并不能使它成为一个薄包装器。尝试了解它实际上做了什么，而不仅仅是它的私有(private)成员的类型。那里有一些非常微妙的代码。

1. Is it thread-safe to not protect notify_one by mutex for either condition_variable_any or condition_variable?

是的。

实际上，在互斥锁被锁定的情况下调用notify_one()会导致等待线程被唤醒，尝试锁定互斥锁，发现它仍然被通知线程锁定，然后重新进入休眠状态直到互斥锁被释放。

如果您在没有锁定互斥锁的情况下调用 notify_one()，那么唤醒线程可以立即运行。

2 Why implementation of condition_variable_any uses additional mutex?

condition_variable_any 可以与任何 Lockable 类型一起使用，不仅仅是 std:mutex，而是在 libstdc++ 内部使用 condition_variable，它只能和std::mutex一起使用，所以它内部也有一个std::mutex对象。

所以 condition_variable_any 与两个互斥锁一起工作，一个由用户提供的外部互斥锁和一个由实现使用的内部互斥锁。

3 Why implementation of condition_variable_any::notify_one and condition_variable::notify_one differs? Maybe condition_variable::notify_one requires manual protection but condition_variable_any::notify_one doesn't? Is it libstdc++ bug?

不，这不是错误。

标准要求调用 wait(mx) 必须以原子方式解锁 mx 并休眠。 libstdc++ 使用内部互斥体来提供原子性保证。如果其他线程即将等待 condition_variable_any，则必须锁定内部互斥体以避免错过通知。