c++ - 一般来说，处理虚假唤醒的正确方法是什么？

Question

在下面的选项中，有没有正确的方法来处理使用条件变量时的虚假唤醒？

1) 使用 bool 值将 wait(unique_lock_ul) 放入无限的 while 循环中

unique_lock<mutex> ul(m); 
while(!full)
  cv.wait(ul);

2) 与 if 相同

unique_lock<mutex> ul(m); 
if(!full)
  cv.wait(ul);

3) 在 wait() 中放置一个条件，例如使用 lambda 函数

unique_lock<mutex> ul(m); 
cv.wait(ul, [&](){return !full;});

如果这些都不正确，如何轻松应对虚假唤醒？

我对 C++ 中的条件变量相当陌生，我不确定我阅读的某些代码是否处理虚假唤醒的情况。

Answer 1

简短的回答是，您的代码可能正确也可能错误；您没有确切说明 full 是如何被操纵的。

C++ 代码的个别位永远不是线程安全的。线程安全是代码的关系属性；如果两位代码永远不会导致竞争条件，那么它们就可以是线程安全的。

但是一点代码永远都不是线程安全的；说某物是线程安全的就像说某物是“相同的高度”。

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“monkey see monkey do”条件变量模式是这样的:

template<class T>
class cv_bundle {
  std::mutex m;
  T payload;
  std::condition_variable cv;
public:
  explicit cv_bundle( T in ):payload(std::move(in)) {}

  template<class Test, class Extract>
  auto wait( Test&& test, Extract&& extract ) {
    std::unique_lock<std::mutex> l(m);
    cv.wait( l, [&]{ return test(payload); } );
    return extract(payload);
  }
  template<class Setter>
  void load( Setter&& setter, bool only_one = true ) {
    std::unique_lock<std::mutex> l(m);
    bool is_set = setter( payload );

    if (!is_set) return; // nothing to notify
    if (only_one)
      cv.notify_one();
    else
      cv.notify_all();
  }
};

test 接受一个 T& payload 并在有东西要消耗时返回 true(即，唤醒不是虚假的)。

extract 获取一个 T& payload 并返回您想要从中获取的任何信息。它通常应该重置有效负载。

setter 以 test 将返回 true 的方式修改 T& payload。如果这样做，它会返回 true。如果选择不这样做，则返回 false。

所有 3 个都在锁定访问 T payload 的互斥锁中被调用。

现在，您可以生成变体，但很难做到正确。例如，不要假设原子负载意味着您​​不必锁定互斥量。

虽然我将这 3 个东西捆绑在一起，但您可以对一堆条件变量使用单个互斥锁，或者将互斥锁用于条件变量之外的其他对象。有效载荷可以是一个 bool 值、一个计数器、一个数据 vector ，或者更奇怪的东西；通常，它必须始终受到互斥锁的保护。如果它是原子的，则在被修改的值和通知之间的开放时间间隔内的某个时间点，必须锁定互斥体，否则您可能会丢失通知。

手动循环控制而不是传入lambda是一种修改，但是描述什么样的手动循环是合法的，哪些是竞争条件是一个复杂的问题。

实际上，除非我有非常充分的理由，否则我避免离开这种猴子看猴子做的“ cargo 崇拜”风格的条件变量使用。然后我被迫阅读 C++ 内存和线程模型，这让我很不高兴，这意味着我的代码很可能不正确。

请注意，如果传入的任何 lambda 表达式返回并回调到 cv_bundle，我显示的代码将不再有效。