c++ - std::promise 和 std::future 的非明显生命周期问题

Question

这个问题与这里的前一个问题非常相似:race-condition in pthread_once()?

本质上是同一个问题——std::promise 的生命周期在调用 promise::set_value 期间结束(即:在关联的 future 被已标记，但在 pthread_once 执行之前)

所以我知道我的用法有这个问题，因此我不能以这种方式使用它。但是，我认为这并不明显。 (用 Scott Meyer 的名言:让界面易于正确使用而难以错误使用)

下面我举个例子:

• 我有一个线程 (dispatcher)，它在队列上旋转，弹出一个“作业”(一个 std::function)并执行它。
• 我有一个名为 synchronous_job 的实用程序类，它会阻塞调用线程，直到“作业”在调度程序线程上执行完毕
• std::promise 和 std::future 是 synchronous_job 的成员 - 一旦 future 是设置后，阻塞的调用线程将继续，这会导致 synchronous_job 从堆栈中弹出并被销毁。
• 不幸的是，此时 dispatcher 是上下文切换的，而 inside promise::set_value; future 被标记了，但是对 pthread_once 的调用还没有执行，并且 pthread 堆栈不知何故被破坏了，这意味着下一次:死锁

我希望对 promise::set_value 的调用是原子的；以这种方式使用这些类时，它在标记 future 之后需要做更多工作这一事实将不可避免地导致此类问题。

所以我的问题是:如何使用 std::promise 和 std::future 实现这种同步，使它们的生命周期与提供此功能的类相关联同步机制？

@Jonathan Wakely，您是否可以在内部使用一些 RAII 样式的类，在它标记 future 之后在其析构函数中设置 condition_variable？这意味着即使 promise 在调用 set_value 的过程中被破坏，设置条件变量的额外工作也会正确完成。只是一个想法，不确定你是否可以使用它...

下面是一个完整的工作示例，以及之后死锁应用程序的堆栈跟踪:

#include <iostream>
#include <thread>
#include <future>
#include <queue>

struct dispatcher
{
    dispatcher()
    {
        _thread = std::move(std::thread(&dispatcher::loop, this));
    }
    void post(std::function<void()> job)
    {
        std::unique_lock<std::mutex> l(_mtx);
        _jobs.push(job);
        _cnd.notify_one();
    }
private:
    void loop()
    {
        for (;;)
        {
            std::function<void()> job;
            {
                std::unique_lock<std::mutex> l(_mtx);
                while (_jobs.empty())
                    _cnd.wait(l);
                job.swap(_jobs.front());
                _jobs.pop();
            }
            job();
        }
    }
    std::thread                       _thread;
    std::mutex                        _mtx;
    std::condition_variable           _cnd;
    std::queue<std::function<void()>> _jobs;
};
//-------------------------------------------------------------

struct synchronous_job
{
    synchronous_job(std::function<void()> job, dispatcher& d)
        : _job(job)
        , _d(d)
        , _f(_p.get_future())
    {
    }
    void run()
    {
        _d.post(std::bind(&synchronous_job::cb, this));
        _f.wait();
    }
private:
    void cb()
    {
        _job();
        _p.set_value();
    }
    std::function<void()> _job;
    dispatcher&           _d;
    std::promise<void>    _p;
    std::future<void>     _f;
};
//-------------------------------------------------------------

struct test
{
    test()
        : _count(0)
    {
    }
    void run()
    {
        synchronous_job job(std::bind(&test::cb, this), _d);
        job.run();
    }
private:
    void cb()
    {
        std::cout << ++_count << std::endl;
    }
    int _count;
    dispatcher _d;
};
//-------------------------------------------------------------

int main()
{
    test t;
    for (;;)
    {
        t.run();
    }
}

死锁应用程序的堆栈跟踪:

线程1(主线程)

#0  0x00007fa112ed750c in pthread_cond_wait@@GLIBC_2.3.2 () from /lib64/libpthread.so.0
#1  0x00007fa112a308ec in __gthread_cond_wait (__mutex=<optimized out>, __cond=<optimized out>) at /hostname/tmp/syddev/Build/gcc-4.6.2/gcc-build/x86_64-unknown-linux-gnu/libstdc++-v3/include/x86_64-unknown-linux-gnu/bits/gthr-default.h:846
#2  std::condition_variable::wait (this=<optimized out>, __lock=...) at ../../../../libstdc++-v3/src/condition_variable.cc:56
#3  0x00000000004291d9 in std::condition_variable::wait<std::__future_base::_State_base::wait()::{lambda()#1}>(std::unique_lock<std::mutex>&, std::__future_base::_State_base::wait()::{lambda()#1}) (this=0x78e050, __lock=..., __p=...) at /hostname/sdk/gcc470/suse11/x86_64/include/c++/4.7.0/condition_variable:93
#4  0x00000000004281a8 in std::__future_base::_State_base::wait (this=0x78e018) at /hostname/sdk/gcc470/suse11/x86_64/include/c++/4.7.0/future:331
#5  0x000000000042a2d6 in std::__basic_future<void>::wait (this=0x7fff0ae515c0) at /hostname/sdk/gcc470/suse11/x86_64/include/c++/4.7.0/future:576
#6  0x0000000000428dd8 in synchronous_job::run (this=0x7fff0ae51580) at /home/lorimer/p4/Main/Source/Trading/Confucius/Test/Scratch/Test1/main.cpp:60
#7  0x0000000000428f97 in test::run (this=0x7fff0ae51660) at /home/lorimer/p4/Main/Source/Trading/Confucius/Test/Scratch/Test1/main.cpp:83
#8  0x0000000000427ad6 in main () at /home/lorimer/p4/Main/Source/Trading/Confucius/Test/Scratch/Test1/main.cpp:99

线程 2(调度程序线程)

#0  0x00007fa112ed8b5b in pthread_once () from /lib64/libpthread.so.0
#1  0x0000000000427946 in __gthread_once (__once=0x78e084, __func=0x4272d0 <__once_proxy@plt>) at /hostname/sdk/gcc470/suse11/x86_64/bin/../lib/gcc/x86_64-unknown-linux-gnu/4.7.0/../../../../include/c++/4.7.0/x86_64-unknown-linux-gnu/bits/gthr-default.h:718
#2  0x000000000042948b in std::call_once<void (std::__future_base::_State_base::*)(std::function<std::unique_ptr<std::__future_base::_Result_base, std::__future_base::_Result_base::_Deleter> ()>&, bool&), std::__future_base::_State_base* const, std::reference_wrapper<std::function<std::unique_ptr<std::__future_base::_Result_base, std::__future_base::_Result_base::_Deleter> ()> >, std::reference_wrapper<bool> >(std::once_flag&, void (std::__future_base::_State_base::*&&)(std::function<std::unique_ptr<std::__future_base::_Result_base, std::__future_base::_Result_base::_Deleter> ()>&, bool&), std::__future_base::_State_base* const&&, std::reference_wrapper<std::function<std::unique_ptr<std::__future_base::_Result_base, std::__future_base::_Result_base::_Deleter> ()> >&&, std::reference_wrapper<bool>&&) (__once=..., __f=
    @0x7fa111ff6be0: (void (std::__future_base::_State_base::*)(std::__future_base::_State_base * const, std::function<std::unique_ptr<std::__future_base::_Result_base, std::__future_base::_Result_base::_Deleter>()> &, bool &)) 0x42848a <std::__future_base::_State_base::_M_do_set(std::function<std::unique_ptr<std::__future_base::_Result_base, std::__future_base::_Result_base::_Deleter> ()>&, bool&)>) at /hostname/sdk/gcc470/suse11/x86_64/include/c++/4.7.0/mutex:819
#3  0x000000000042827d in std::__future_base::_State_base::_M_set_result(std::function<std::unique_ptr<std::__future_base::_Result_base, std::__future_base::_Result_base::_Deleter> ()>, bool) (this=0x78e018, __res=..., __ignore_failure=false) at /hostname/sdk/gcc470/suse11/x86_64/include/c++/4.7.0/future:362
#4  0x00000000004288d5 in std::promise<void>::set_value (this=0x7fff0ae515a8) at /hostname/sdk/gcc470/suse11/x86_64/include/c++/4.7.0/future:1206
#5  0x0000000000428e2a in synchronous_job::cb (this=0x7fff0ae51580) at /home/lorimer/p4/Main/Source/Trading/Confucius/Test/Scratch/Test1/main.cpp:66
#6  0x000000000042df53 in std::_Mem_fn<void (synchronous_job::*)()>::operator() (this=0x78c6e0, __object=0x7fff0ae51580) at /hostname/sdk/gcc470/suse11/x86_64/include/c++/4.7.0/functional:554
#7  0x000000000042d77c in std::_Bind<std::_Mem_fn<void (synchronous_job::*)()> (synchronous_job*)>::__call<void, , 0ul>(std::tuple<>&&, std::_Index_tuple<0ul>) (this=0x78c6e0, __args=...) at /hostname/sdk/gcc470/suse11/x86_64/include/c++/4.7.0/functional:1156
#8  0x000000000042cb28 in std::_Bind<std::_Mem_fn<void (synchronous_job::*)()> (synchronous_job*)>::operator()<, void>() (this=0x78c6e0) at /hostname/sdk/gcc470/suse11/x86_64/include/c++/4.7.0/functional:1215
#9  0x000000000042b772 in std::_Function_handler<void (), std::_Bind<std::_Mem_fn<void (synchronous_job::*)()> (synchronous_job*)> >::_M_invoke(std::_Any_data const&) (__functor=...) at /hostname/sdk/gcc470/suse11/x86_64/include/c++/4.7.0/functional:1926
#10 0x0000000000429f2c in std::function<void ()>::operator()() const (this=0x7fa111ff6da0) at /hostname/sdk/gcc470/suse11/x86_64/include/c++/4.7.0/functional:2311
#11 0x0000000000428c3c in dispatcher::loop (this=0x7fff0ae51668) at /home/lorimer/p4/Main/Source/Trading/Confucius/Test/Scratch/Test1/main.cpp:39

Answer 1

std::promise 就像任何其他对象一样:您一次只能从一个线程访问它。在这种情况下，您正在调用 set_value() 并在没有充分同步的情况下从单独的线程中销毁对象:规范中没有任何地方说 set_value 不会触及 promise 对象在准备好 future 之后。

但是，由于这个 future 用于一次性同步，所以您无论如何都不需要这样做:在 run() 中创建 promise/future 对，然后传递 promise到线程:

struct synchronous_job
{
    synchronous_job(std::function<void()> job, dispatcher& d)
        : _job(job)
        , _d(d)
    {
    }
    void run(){
        std::promise<void> p;
        std::future<void> f=p.get_future();

        _d.post(
            [&]{
                cb(std::move(p));
            });

        f.wait();
    }
private:
    void cb(std::promise<void> p)
    {
        _job();
        p.set_value();
    }
    std::function<void()> _job;
    dispatcher&           _d;
};