简介
本文介绍如何使用条件变量控制并发的同步操作,试想有一个线程A一直输出1,另一个线程B一直输出2。我想让两个线程交替输出1,2,1,2…之类的效果,该如何实现?有的同学可能会说不是有互斥量mutex吗?可以用一个全局变量num表示应该哪个线程输出,比如num为1则线程A输出1,num为2则线程B输出2,mutex控制两个线程访问num,如果num和线程不匹配,就让该线程睡一会,这不就实现了吗?比如线程A加锁后发现当前num为2则表示它不能输出1,就解锁,将锁的使用权交给线程A,线程B就sleep一会。
不良实现
上面说的方式可以实现我们需要的功能,代码如下
1 | void PoorImpleman() { |
PoorImpleman
虽然能实现我们交替打印的功能,会造成消息处理的不及时,因为线程A要循环检测num
值,如果num
不为1,则线程A就睡眠了,在线程A睡眠这段时间很可能B已经处理完打印了,此时A还在睡眠,是对资源的浪费,也错过了最佳的处理时机。所以我们提出了用条件变量来通知线程的机制,当线程A发现条件不满足时可以挂起,等待线程B通知,线程B通知A后,A被唤醒继续处理。
条件变量
我们这里用条件变量实现上面的逻辑
1 | void ResonableImplemention() { |
当条件不满足时(num 不等于1 时)cvA.wait
就会挂起,等待线程B通知通知线程A唤醒,线程B采用的是cvA.notifyone
。
这么做的好处就是线程交替处理非常及时。比起sleep
的方式,我们可以从控制台上看出差异效果,sleep
的方式看出日志基本是每隔1秒才打印一次,效率不高。
线程安全队列
之前我们实现过线程安全的栈,对于pop操作,我们如果在线程中调用empty判断是否为空,如果不为空,则pop,因为empty和pop内部分别加锁,是两个原子操作,导致pop时可能会因为其他线程提前pop导致队列为空,从而引发崩溃。我们当时的处理方式是实现了两个版本的pop,一种是返回智能指针类型,一种通过参数为引用的方式返回。对于智能指针版本我们发现队列为空则返回空指针,对于引用版本,
发现队列为空则抛出异常,这么做并不是很友好,所以我们可以通过条件变量完善之前的程序,不过这次我们重新实现一个线程安全队列。
1 |
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我们可以启动三个线程,一个producer
线程用来向队列中放入数据。一个consumer1
线程用来阻塞等待pop队列中的元素。
另一个consumer2
尝试从队列中pop元素,如果队列为空则直接返回,如果非空则pop元素。
打印时为了保证线程输出在屏幕上不会乱掉,所以加了锁保证互斥输出
测试代码如下
1 | void test_safe_que() { |
测试效果如下
1 | producer push data is 0 |
我们能看到consumer1和consumer2是并发消费的
总结
本文介绍了如何通过条件变量实现并发线程的同步处理。
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