c - 为什么我的多线程程序有时会阻塞？

Question

我们必须编写一个程序，它有 2 个线程。其中之一逐个读取内容 token 并将它们存储到一个数组中。另一个从数组中读取标记并将其写入文件。这是代码:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>

#define MAX 10


int buffer[MAX];
int buf_pos;    // the actual position of the buffer

void copy();

int flag;       // if flag is 0, the whole content of the file was read
FILE *source;
FILE *dest;

// read the content of a file token by token and stores it into a buffer
void *read_from_file();

// write the content of a buffer token by token into a file
void *write_to_file();

pthread_cond_t condition = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_mutex_t mutex;

int main( int argc, char *argv[] )
{
    flag = 1;
    pthread_t writer;
    pthread_t reader;
    pthread_mutex_init( &mutex, NULL );

        if( argc != 3 )
        {
            printf( "Error\n" );
            exit( EXIT_FAILURE );
        }

        source = fopen( argv[1], "r" );
        dest = fopen( argv[2], "w" );
        if( source == NULL || dest == NULL )
        {
            printf( "Error\n" );
            exit( EXIT_FAILURE );
        }

    pthread_create( &reader, NULL, read_from_file, NULL );
    pthread_create( &writer, NULL, write_to_file, NULL );

    pthread_join( reader, NULL );
    pthread_join( writer, NULL );

}

void *read_from_file()
{
    int c;
    while( ( c = getc( source ) ) != EOF )
    {
        if( buf_pos < MAX - 1 ) // the buffer is not full
        {
            pthread_mutex_lock( &mutex );
            buffer[buf_pos++] = c;
            pthread_mutex_unlock( &mutex );
            pthread_cond_signal( &condition );
        }
        else
        {
            buffer[buf_pos++] = c;  // store the last token
            pthread_mutex_lock( &mutex );
            pthread_cond_wait( &condition, &mutex );    // wait until the other thread sends a signal
            pthread_mutex_unlock( &mutex ); 
        }
    }
    flag = 0;   // EOF
    return NULL;
}


void *write_to_file()
{
    int c;
    while( flag || buf_pos > 0 )
    {
        if( buf_pos > 0 )   // The buffer is not empty
        {
            fputc( buffer[0], dest );   // write the first token into file
            pthread_mutex_lock( &mutex );
            copy();
            --buf_pos;
            pthread_mutex_unlock( &mutex );
            pthread_cond_signal( &condition );
        }
        else
        {
            pthread_mutex_lock( &mutex );
            pthread_cond_wait( &condition, &mutex );
            pthread_mutex_unlock( &mutex );
        }
    }
    return NULL;
}

void copy()
{
    int i = 0;
    for( ; i < buf_pos - 1; ++i )
        buffer[i] = buffer[i + 1];
}

如果我想运行这个程序，它有时会阻塞，但我不知道为什么。但如果程序终止，输出文件与输入文件相同。有人可以向我解释一下，为什么会发生这种情况吗？

Answer 1

代码有很多问题，但您锁定的原因很可能是您在没有锁定互斥锁的情况下发送信号，并且没有在锁定互斥锁的情况下检查您的条件。两者都是必要的，以确保您最终不会丢失信号。

正如 Useless 所指出的，确保您知道您的共享变量是什么，并且在必要时它们是互斥保护的。例如，您的 buf_pos 在您的阅读器线程中被修改而没有保护，并且在两个线程中用作没有互斥保护的等待条件。

此外，在执行 pthread_cond_wait 时，您通常需要一个保护表达式来确保您不会对所谓的虚假唤醒使用react(查看 http://linux.die.net/man/3/pthread_cond_wait 处的“条件等待语义”部分) ，并确保您正在等待的条件在测试它和开始等待之间实际上没有发生。

例如，在您的作者线程中，您可以:

pthread_mutex_lock(&mutex);
while(buf_pos == 0) pthread_cond_wait(&condition, &mutex);
pthread_mutex_unlock(&mutex);

但是，还是要彻底检查您的程序，确定您的共享变量，并确保它们在必要时受互斥保护。此外，您只需要对共享数据进行写访问互斥保护是不正确的。在某些情况下，您可以在读取共享变量时移除互斥锁保护，但您必须分析代码以确保确实如此。