C++11 线程 : Multiple threads waiting on a condition variable

Question

我目前正在研究一个模拟扩展生产者- worker 模型的问题。在这个问题中，有 3 个 worker 和 3 个工具可用，要让 worker 工作，他们需要 2 个工具(和 Material ，但这些无关紧要)。如果金库中有 >=2 个工具， worker 将拿取 2 个。否则，他们将等待一个条件变量，该变量将在 >=2 个时发出信号。

这对 2 个 worker 来说没问题:一个工作然后将工具归还到金库，另一个等待的 worker 将被唤醒并拿走 2 个工具。问题是，有 3 个 worker ，总会有一个人饿着肚子去拿工具。

经过一些测试后，我注意到等待条件变量的线程是以堆栈形式构建的。有没有可能让它排队？(1等，2等，3等。当1觉醒想再做一个的时候，就得在2和3后面等。)

这是一个示例输出。代码太长，所以如果真的有必要，我会发布它。有 3 个工作线程和 1 个工具互斥体。挨饿的人每隔一段时间就会有所不同。

1 Tools taken. Remaining: 1
2 Waiting on tools...
3 Waiting on tools...
1 Operator Product made. Tools returned. Tools now:3
3 Tools taken. Remaining: 1
1 Waiting on tools...
3 Materials returned for switch.
3 Operator Product made. Tools returned. Tools now:3
1 Tools taken. Remaining: 1
3 Waiting on tools...
1 Materials returned for switch.
1 Operator Product made. Tools returned. Tools now:3
3 Tools taken. Remaining: 1
1 Waiting on tools...
3 Materials returned for switch.
3 Operator Product made. Tools returned. Tools now:3
1 Tools taken. Remaining: 1
3 Waiting on tools...
1 Materials returned for switch.
1 Operator Product made. Tools returned. Tools now:3
3 Tools taken. Remaining: 1
1 Waiting on tools...
3 Materials returned for switch.
3 Operator Product made. Tools returned. Tools now:3
1 Tools taken. Remaining: 1
3 Waiting on tools...
1 Materials returned for switch.
...

(如您所见，2 永远不会得到工具...)

更新:2013/07/05我添加了一些代码。

int tools = 3; //global
string last;   //current last product on output buffer
mutex toolsMutex;
mutex matSearchMutex;

int main() {
    //Initializing Producers
    Producer prod1(1);
    Producer prod2(2);
    Producer prod3(3);

    thread p1(processor,1);
    thread p2(processor,2);
    thread p3(processor,3);

    p1.detach();
    p2.detach();
    p3.detach();

    while(true) {//forever running
    }

    return 0;
}

处理器:

//Processor method
void processor(int i) {
    srand(time(NULL)); 

    while (true) { //forever running

        bool hasTools = false;
        bool productMade = false;
        while (productMade == false) { //while product has yet to be made.
            //choose what to make...
            if (hasTools == false) {
                thread matT(getMaterials,whatToMake);
                thread toolT(getTools,i);
                toolT.join();
                matT.join();
                hasTools = true;
            }
            else { //tools acquired but no materials
                thread matT(getMaterials,whatToMake);
                matT.join();
            }

            if (recordedLast.compare(last) != 0) {
                
                //return materials and acquire new ones the next run
                
                continue;
            }
            else {
                makeProduct(whatToMake);
                unique_lock<mutex> locker(toolMutex); 
                tools = tools + 2;
                cout << i << " Operator Product made. Tools returned. Tools now:" << tools << endl;
                productMade = true;
                if (tools >=2)
                    toolsCV.notify_one();
            }
            
            //done processing
        
        }
    }
}

制造产品:

void makeProduct(int i) {
    unique_lock<mutex> mainMatLock(matSearchMutex); 
    // make product according to i
    this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(rand() % 1000 + 10));   
}

获取工具:

void getTools(int i) {
    unique_lock<mutex> locker(toolMutex); 
    if (tools <2) {
        cout << i << " Waiting on tools..." << endl;
        toolsCV.wait(locker);
    }
    tools = tools - 2;//tools acquired
    cout << i <<" Tools taken. Remaining: " << tools << endl;
}

感谢回复的人。今晚我将尝试使用多个条件变量实现一个等待队列。

(附:在 Stack Overflow 上是否有更好的代码格式化方法？除了四个空格之外......

Answer 1

std::condition_variable 未指定调用 notify_one 时唤醒哪个等待线程。因此，您应该编写不关心哪个线程被唤醒的代码。标准模式是无论哪个线程被唤醒，该线程都应该完成需要完成的工作。

如果您需要以特定顺序唤醒线程，则使用不同的机制。例如，您可以为每个线程设置一个单独的 std::condition_variable，然后在需要工具时将线程放入队列中。当一个线程提交工具时，它可以向队列前面的线程对应的条件变量发出信号。然后该线程将被唤醒，而其他线程将继续休眠(模假唤醒)。