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我已经实现了一个“Ticket”类,它在多个线程之间作为 shared_ptr 共享。
程序流程是这样的:
在伪代码中:
std::vector<T> parallelQuery(std::string str) {
auto ticket = std::make_shared<Ticket>(2);
auto task1 = std::make_unique<Query>(ticket, str+"a");
addTaskToWorker(task1);
auto task2 = std::make_unique<Query>(ticket, str+"b");
addTaskToWorker(task2);
ticket->waitUntilDone();
auto result = aggregateData(task1, task2);
return result;
}
我的代码有效。但我想知道,如果在等待线程调用 waitUntilDone() 再次锁定互斥锁之前执行解锁互斥锁,理论上是否可能导致死锁。
这是否可能,如何避免这个陷阱?
这里是完整的Ticket类,注意上面问题描述相关的执行顺序示例注释:
#include <mutex>
#include <atomic>
class Ticket {
public:
Ticket(int numTasks = 1) : _numTasks(numTasks), _done(0), _canceled(false) {
_mutex.lock();
}
void waitUntilDone() {
_doneLock.lock();
if (_done != _numTasks) {
_doneLock.unlock(); // Execution order 1: "waiter" thread is here
_mutex.lock(); // Execution order 3: "waiter" thread is now in a dealock?
}
else {
_doneLock.unlock();
}
}
void done() {
_doneLock.lock();
_done++;
if (_done == _numTasks) {
_mutex.unlock(); // Execution order 2: "task1" thread unlocks the mutex
}
_doneLock.unlock();
}
void cancel() {
_canceled = true;
_mutex.unlock();
}
bool wasCanceled() {
return _canceled;
}
bool isDone() {
return _done >= _numTasks;
}
int getNumTasks() {
return _numTasks;
}
private:
std::atomic<int> _numTasks;
std::atomic<int> _done;
std::atomic<bool> _canceled;
// mutex used for caller wait state
std::mutex _mutex;
// mutex used to safeguard done counter with lock condition in waitUntilDone
std::mutex _doneLock;
};
编辑问题时我想到的一个可能的解决方案是我可以把 _done++;在 _doneLock() 之前。最终,这应该就足够了吗?
更新
我已经根据 Tomer 和 Phil1970 提供的建议更新了 Ticket 类。以下实现是否避免了上述陷阱?
class Ticket {
public:
Ticket(int numTasks = 1) : _numTasks(numTasks), _done(0), _canceled(false) { }
void waitUntilDone() {
std::unique_lock<std::mutex> lock(_mutex);
// loop to avoid spurious wakeups
while (_done != _numTasks && !_canceled) {
_condVar.wait(lock);
}
}
void done() {
std::unique_lock<std::mutex> lock(_mutex);
// just bail out in case we call done more often than needed
if (_done == _numTasks) {
return;
}
_done++;
_condVar.notify_one();
}
void cancel() {
std::unique_lock<std::mutex> lock(_mutex);
_canceled = true;
_condVar.notify_one();
}
const bool wasCanceled() const {
return _canceled;
}
const bool isDone() const {
return _done >= _numTasks;
}
const int getNumTasks() const {
return _numTasks;
}
private:
std::atomic<int> _numTasks;
std::atomic<int> _done;
std::atomic<bool> _canceled;
std::mutex _mutex;
std::condition_variable _condVar;
};
最佳答案
不要编写自己的等待方法,而是使用 std::condition_variable
。
https://en.cppreference.com/w/cpp/thread/condition_variable .
互斥锁的使用
通常,互斥锁
应该保护给定的代码区域。也就是说,它应该锁定,完成它的工作然后解锁。在您的类(class)中,您有多种方法,其中一些锁定 _mutex
而另一些解锁它。这是非常容易出错的,就像你以错误的顺序调用方法一样,你很可能处于不一致的状态。如果互斥量被锁定两次会怎样?还是在已经解锁时解锁?
关于互斥量需要注意的另一件事是,如果您有多个互斥量,如果您需要锁定两个互斥量但又没有按一致的顺序进行操作,则很容易出现死锁。假设线程 A 先锁定互斥锁 1 和互斥锁 2,线程 B 以相反的顺序锁定它们(先锁定互斥锁 2)。有可能会发生这样的事情:
因此在您的代码中,您至少应该进行一些检查以确保正确使用。例如,您应该在解锁互斥锁之前验证 _canceled
以确保仅调用一次 cancel
。
解决方案
我只是给出一些想法
声明一个 mutux 和一个 condition_variable 来管理类中的done 条件。
std::mutex doneMutex;
std::condition_variable done_condition;
然后 waitUntilDone
看起来像:
void waitUntilDone()
{
std::unique_lock<std::mutex> lk(doneMutex);
done_condition.wait(lk, []{ return isDone() || wasCancelled();});
}
done
函数看起来像:
void done()
{
std::lock_guard<std::mutex> lk(doneMutex);
_done++;
if (_done == _numTasks)
{
doneCondition.notify_one();
}
}
cancel
函数会变成
void done()
{
std::lock_guard<std::mutex> lk(doneMutex);
_cancelled = true;
doneCondition.notify_one();
}
如您所见,您现在只有一个互斥锁,因此基本上消除了死锁的可能性。
变量命名
我建议您不要在互斥体的名称中使用lock,因为它会造成混淆。
std::mutex someMutex;
std::guard_lock<std::mutex> someLock(someMutex); // std::unique_lock when needed
这样一来,就更容易知道哪个变量引用了互斥量,哪个变量引用了互斥量的锁。
好书
如果你对多线程很认真,那么你应该买那本书:
C++ Concurrency in Action
Practical Multithreading
Anthony Williams
代码审查 (添加的部分)
本质上相同的代码已发布到 CODE REVIEW:https://codereview.stackexchange.com/questions/225863/multithreading-ticket-class-to-wait-for-parallel-task-completion/225901#225901 .
我已经在那里添加了一些额外的答案。
关于c++ - 避免并发等待对象中的死锁,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/57441479/
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