c++ - 执行速度太快后，工作线程永久休眠

Question

我正在尝试将线程合并到我的项目中，但遇到一个问题，即仅使用 1 个工作线程就会使其永久“休眠”。也许我有竞态条件，只是没注意到。

我的PeriodicThreads 对象维护一个线程集合。一旦 PeriodicThreads::exec_threads() 被调用，线程就会被通知、被唤醒并执行它们的任务。之后，他们又睡着了。

这样一个工作线程的功能:

void PeriodicThreads::threadWork(size_t threadId){
    //not really used, but need to decalre to use conditional_variable:
    std::mutex mutex;
    std::unique_lock<std::mutex> lck(mutex);

    while (true){
        // wait until told to start working on a task:
        while (_thread_shouldWork[threadId] == false){
            _threads_startSignal.wait(lck);
        }

        thread_iteration(threadId);    //virtual function

        _thread_shouldWork[threadId] = false;   //vector of flags
        _thread_doneSignal.notify_all();

    }//end while(true) - run until terminated externally or this whole obj is deleted 
}

如您所见，每个线程都在监视标志 vector 中自己的条目，一旦发现它的标志为真 - 执行任务，然后重置其标志。

这里是可以唤醒所有线程的函数:

std::atomic_bool _threadsWorking =false;

//blocks the current thread until all worker threads have completed:
void PeriodicThreads::exec_threads(){
    if(_threadsWorking ){ 
        throw std::runtime_error("you requested exec_threads(), but threads haven't yet finished executing the previous task!");
    }

    _threadsWorking = true;//NOTICE: doing this after the exception check.

    //tell all threads to unpause by setting their flags to 'true'
    std::fill(_thread_shouldWork.begin(),  _thread_shouldWork.end(),  true);
    _threads_startSignal.notify_all();

    //wait for threads to complete:

    std::mutex mutex;
    std::unique_lock<std::mutex> lck(mutex); //lock & mutex are not really used.

    auto isContinueWaiting = [&]()->bool{
        bool threadsWorking = false; 
        for (size_t i=0;  i<_thread_shouldWork.size();  ++i){
            threadsWorking |= _thread_shouldWork[i];
        }
        return threadsWorking;
    };

    while (isContinueWaiting()){
        _thread_doneSignal.wait(lck);
    }

    _threadsWorking = false;//set atomic to false 
}

调用 exec_threads() 可以正常进行数百次或在极少数情况下数千次连续迭代。调用发生在主线程的 while 循环中。它的工作线程处理任务，重置其标志并返回休眠状态，直到下一个 exec_threads()，依此类推。

然而，一段时间后，程序突然进入“休眠”状态，似乎暂停了，但并没有崩溃。

在这种“休眠”期间，在我的 condition_variables 的任何 while-loop 处放置一个断点实际上不会导致触发该断点。

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我偷偷摸摸地创建了自己的验证线程(与 main 并行)并监视我的 PeriodicThreads 对象。当它进入休眠状态时，我的验证线程不断向控制台输出当前没有线程正在运行(PeriodicThreads 的 _threadsWorking 原子永久设置为 false)。然而，在其他测试期间，一旦“休眠问题”开始，原子将保持为 true。

奇怪的是，如果我强制 PeriodicThreads::run_thread 在重置其标志之前至少休眠 10 微秒，一切都会正常进行，并且不会发生“休眠”。否则，如果我们允许线程非常快速地完成它的任务，它可能会导致整个问题。

我将每个 condition_variable 包装在一个 while 循环中，以防止虚假唤醒触发转换，以及 .wait()< 之前调用 notify_all 的情况 被调用。 Link

注意，即使我只有 1 个工作线程也会发生这种情况

可能是什么原因？

编辑

放弃这些 vector 标志并仅在具有 1 个工作线程的单个 atomic_bool 上进行测试仍然显示相同的问题。

Answer 1

所有共享数据都应由互斥锁保护。互斥量应该(至少)与共享数据具有相同的范围。

您的_thread_shouldWork 容器是共享数据。您可以创建一个全局互斥锁数组，每个互斥锁都可以保护自己的 _thread_shouldWork 元素。 (见下面的注释)。您还应该至少拥有与互斥量一样多的条件变量。 (您可以将 1 个互斥量与多个不同的条件变量一起使用，但不应将多个不同的互斥量与 1 个条件变量一起使用。)

condition_variable 应该保护实际 条件(在这种情况下，_thread_shouldWork 的单个元素在任何给定点的状态)和互斥量用于保护包含该条件的变量。

如果您只是使用一个随机的本地互斥量(就像您在线程代码中那样)或者根本不使用互斥量(在主代码中)，那么所有的赌注都没有了。这是未定义的行为。尽管我大部分时间都能看到它(幸运地)工作。我怀疑正在发生的事情是工作线程缺少来自主线程的信号。也可能是您的主线程缺少来自工作线程的信号。 (线程A读取状态进入while循环，然后线程B改变状态发送通知，然后线程A进入休眠状态...等待已经发送的通知)

具有本地作用域的互斥体是一个危险信号!

注意:如果您使用的是 vector ，则必须小心，因为添加或删除项目会触发调整大小，这将触及元素而无需先获取互斥量(因为 vector 当然不知道您的互斥量) .

使用数组时还必须注意错误共享

编辑:这是 @Kari 发现的一段视频，对解释虚假分享很有用 https://www.youtube.com/watch?v=dznxqe1Uk3E